Escreva as estruturas de Lewis plausíveis para e prediga suas formas e os grupos de ponto.
Passo 1
O que o enunciado pede e quais dados temos.
- O enunciado pede duas coisas:
- Escrever as estruturas de Lewis plausíveis para
. - Prever a(s) forma(s) molecular(is) e o(s) grupo(s) de ponto.
- Escrever as estruturas de Lewis plausíveis para
- Informação útil que já temos (do próprio enunciado):
- Fórmula:
. - Átomos envolvidos: um átomo de cloro (
) e dois átomos de oxigênio ( ).
- Fórmula:
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (primeiro passo sempre que se desenha uma estrutura de Lewis).
- Número de elétrons de valência por átomo:
-
: elétrons de valência. - cada
: elétrons de valência.
-
- Total de elétrons de valência para
:
- Observação importante:
tem número ímpar de elétrons ( ), portanto é uma espécie ímpar-elétron (radical). Isso implica que a melhor representação de Lewis terá um elétron desemparelhado em algum lugar da estrutura.
Passo 3
Esqueleto e atribuição inicial de ligações.
- Esqueleto óbvio:
(Cl no centro ligado aos dois O). - Ao formar duas ligações simples
usamos elétrons. - Restam
elétrons para colocar como pares solitários ou como o elétron ímpar. - Para saturar os oxigênios (tentar completar o octeto dos O) normalmente colocamos pares solitários nos O primeiro.
Passo 4
Distribuição de elétrons e possibilidades razoáveis (mostrando alternativas importantes).
- Se colocarmos pares de elétrons em cada O para completar seu octeto com ligações simples, cada O precisaria de três pares (6 elétrons) além da ligação. Isso consome
elétrons. Restariam elétrons para o Cl: isto pode ser uma dupla (par de elétrons) + um elétron desemparelhado no Cl. Essa montagem dá lugar a uma possibilidade com ligações simples, mas a contabilidade de cargas formais será desfavorável (ver passo seguinte). - Outra possibilidade é permitir que ocorram ligações duplas
. Como é um elemento do terceiro período, ele pode expandir o octeto (aceitar mais de 8 elétrons ao seu redor). Uma estrutura com duas ligações duplas e com um elétron desemparelhado no Cl é eletronicamente possível: vamos checar formalmente.
Passo 5
Cálculo de cargas formais para comparar estruturas (fórmula e aplicação).
- Fórmula da carga formal (uso e definição):
onde
-
= número de elétrons de valência do átomo isolado, -
= elétrons não-ligantes (lone pairs) atribuídos ao átomo na estrutura de Lewis, -
= elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (ou seja, a soma dos elétrons em todas as ligações em que o átomo participa).
Estrutura 1: duas ligações duplas e elétron ímpar no
- Desenho conceitual (em palavras):
, onde representa o elétron desemparelhado localizado no . Cada O tem dois pares solitários (4 elétrons) para completar seu octeto. - Contagem para cada átomo:
- Para cada
(double-bonded): -
, (dois pares solitários = 4 elétrons), (duas ligações, total 4 elétrons formando a ligação dupla). -
-
- Para
: -
, (um par solitário = 2 elétrons + 1 elétron desemparelhado = 1, total elétrons não-ligantes), (duas ligações duplas = 4 pares = 8 elétrons). -
-
- Para cada
- Resultado: todas as cargas formais são
. Essa estrutura satisfaz a contagem total de elétrons ( ) e tem o elétron ímpar no Cl. É eletronicamente muito plausível porque minimiza cargas formais.
Estruturas 2 (resonância alternativas): uma ligação dupla e uma simples, elétron ímpar em um oxigênio (duas formas, trocando os oxigênios)
- Desenho conceitual (duas ressonâncias equivalentes): em uma ressonância
(elétron ímpar no O ligado por simples), na outra é o contrário (o O do outro lado tem o elétron ímpar). - Contagem de cargas formais para a forma com um
e um simples com radical no : - Oxigênio duplo:
(como antes). - Oxigênio simples com radical:
, ? Cuidado: um oxigênio com ligação simples e radical terá três pares solitários (6 elétrons) mais 1 elétron desemparelhado (1) = elétrons não-ligantes e (uma ligação, dois elétrons). Assim
- Oxigênio duplo:
- Cloro aqui terá menos elétrons não-ligantes: por exemplo
(um par) e (uma dupla + uma simples = 3 pares = 6 elétrons), então
-
Resultado: essa forma tem cargas formais grandes (
no e num em vez de charges menores), portanto é energeticamente menos favorável isoladamente. (Observação: as contas podem variar se o elétron ímpar for colocado de forma diferente, mas a conclusão é que essas formas têm maiores separações de carga.) -
Conclusão da comparação: a estrutura com duas ligações duplas e o elétron ímpar no
minimiza cargas formais (todas zero) e é, portanto, a principal contribuição de Lewis. As formas com cargas separadas existem como contribuintes de ressonância, especialmente para descrever a delocalização do elétron ímpar, mas são menos importantes isoladamente.
Passo 6
Escrevendo as estruturas de Lewis plausíveis (representação textual clara).
- Principal (maior contribuição):
- Estrutura A (principal):
- Cada
tem dois pares solitários (quatro elétrons) ao redor; tem um par solitário (dois elétrons) e um elétron desemparelhado (ícone ); todas as cargas formais = .
- Cada
- Estrutura A (principal):
- Formas de ressonância (contribuidores menores):
- Estrutura B:
com cargas formais aproximadas e na forma extrema (essas formas mostram a possibilidade de deslocamento do elétron ímpar para um oxigênio). Há outra forma equivalente trocando os dois oxigênios.
- Estrutura B:
- Observação didática: na prática a verdadeira onda eletrônica é uma mistura (ressonância) dessas formas; no entanto, porque a forma com duas duplas coloca cargas formais menores (zero), ela domina a descrição de Lewis. Ainda assim o elétron ímpar está parcialmente delocalizado e a molécula é radical.
Passo 7
Predição da geometria molecular usando VSEPR (explicação passo a passo).
- Regra prática: contar regiões eletrônicas (domínios) ao redor do átomo central. Cada ligação (independente de ser simples ou dupla) conta como uma região; cada par solitário conta como uma região; um elétron desemparelhado também conta como uma região eletrônica (ele ocupa um orbital não-ligante).
- Para a estrutura principal
: - Domínios eletrônicos ao redor do
: - 2 domínios de ligação (as duas ligações
, cada dupla conta como 1 domínio), - 1 domínio de par solitário (o par solitário do
), - 1 domínio correspondente ao elétron desemparelhado.
- 2 domínios de ligação (as duas ligações
- Total =
domínios eletrônicos ao redor do cloro.
- Domínios eletrônicos ao redor do
- Geometria eletrônica para 4 domínios: tetraédrica.
- Geometria molecular (ignorando domínios não-ligantes para nome): com
ligantes e “não-ligantes” (um é par solitário e outro é elétron solitário) o arranjo molecular é aproximadamente “angular” (curvado), análogo a (como a água) — isto é, uma molécula dobrada/bent. - Efeito do elétron ímpar nas repulsões:
- Pares isolados repelem mais que pares de ligação; mas um elétron desemparelhado repele menos que um par de elétrons, porque ele tem menor densidade eletrônica.
- Portanto o ângulo de ligação tende a ser maior do que o previsto para dois pares isolados equivalentes: espera-se um ângulo entre o valor tetraédrico ideal
e dependendo de forças de repulsão. Experimentalmente o ângulo em é aproximadamente , consistente com um lone pair forte e um elétron ímpar menos repulsivo.
- Resumo da forma: molécula angular / dobrada (bent).
Passo 8
Predição do grupo de ponto (simetria).
- Características de simetria observáveis na geometria bent de
: - Há um eixo de rotação
que passa pelo átomo de e que troca os dois oxigênios. - Existem dois planos de simetria verticales: um plano que contém os três átomos (plano molecular) e outro plano perpendicular a esse que contém o eixo
(dependendo da posição do elétron ímpar/lone pair, a molécula ainda mantém esses espelhos se considerarmos a média eletrônica). Essas operações são as típicas do grupo .
- Há um eixo de rotação
- Conclusão: o grupo de ponto esperado é
.
Passo 9
Pequeno resumo físico-químico e incentivo (motivação rápida).
- Em resumo, a descrição de Lewis que minimiza cargas formais e coloca o elétron ímpar no cloro (com duas ligações duplas formais) é a que mais contribui; ainda existem formas de ressonância com o radical parcialmente no oxigênio.
- A geometria é bent/ângulada e o grupo de ponto é
. - Você está fazendo certo seguindo passo a passo: contagem de elétrons → esqueleto → distribuição → cargas formais → VSEPR → simetria. Mantém a calma que esse tipo de molécula ímpar-elétron dá trabalho na primeira vez, mas agora você já tem o roteiro.
Resposta
Estruturas de Lewis plausíveis: principal contribuição
(duas ligações duplas, elétron ímpar no
); contribuintes de ressonância menores com uma ligação dupla e uma simples onde o elétron ímpar está em um
(formas que trocam os oxigênios).
Forma molecular: angular / bent (dobrada).
Grupo de ponto: .
Forma molecular: angular / bent (dobrada).
Grupo de ponto: