Escreva as estruturas de Lewis para o trióxido de dicloro, \mathrm{O}_{2} \mathrm{ClOCl}, com e sem ligações duplas \mathrm{Cl}=\mathrm{O}. Atribua as cargas formais nas estruturas e descreva a natureza das ligações duplas \mathrm{Cl}=\mathrm{O}.

Passo 1

O enunciado pede: escrever as estruturas de Lewis para o trióxido de dicloro (fórmula \mathrm{Cl}_2\mathrm{O}_3, escrita no enunciado como \mathrm{O}_2\mathrm{ClOCl}) nas duas versões: (A) sem ligações duplas \mathrm{Cl}=\mathrm{O} e (B) com ligações duplas \mathrm{Cl}=\mathrm{O}; atribuir as cargas formais em cada estrutura; descrever a natureza das ligações \mathrm{Cl}=\mathrm{O}.\n\nInformações fornecidas e úteis para começar:\n\n- Átomos: há dois cloros e três oxigênios.\n- Elétrons de valência: cloro tem 7 elétrons, oxigênio tem 6 elétrons. Total de elétrons de valência:\n 2\cdot 7 + 3\cdot 6 = 14 + 18 = 32 \text{ elétrons}é\n- Precisamos propor uma conectividade razoável antes de distribuir elétrons. Vou usar a conectividade típica adotada para \mathrm{Cl}_2\mathrm{O}_3 conhecida como \mathrm{Cl}-\mathrm{O}-\mathrm{Cl}(\mathrm{O})_2: ou seja, um oxigênio ponte entre os dois cloros e o segundo cloro ligado a dois oxigênios terminais. Vou identificar os átomos assim: \mathrm{Cl}_1-\mathrm{O}_b-\mathrm{Cl}_2, com \mathrm{O}_{t1} e \mathrm{O}_{t2} ligados a \mathrm{Cl}_2.

Passo 2

Regra para desenhar estruturas de Lewis (rapidamente, para lembrar):\n\n1) contar elétrons totais de valência (feito: 32).\n2) escolher conectividade (já escolhida: \mathrm{Cl}_1-\mathrm{O}_b-\mathrm{Cl}_2, e \mathrm{Cl}_2 ligado a \mathrm{O}_{t1} e \mathrm{O}_{t2}).\n3) colocar ligações simples primeiro (cada ligação usa 2 elétrons), completar octetos com pares isolados, e só então considerar múltiplas ligações se necessário para reduzir cargas formais.\n\nVou aplicar isso primeiro para a estrutura sem duplas (todas ligações simples), depois para a estrutura com duplas (duas \mathrm{Cl}=\mathrm{O} no \mathrm{Cl}_2 para reduzir cargas formais).

Passo 3

Estrutura A — sem ligações duplas (todas ligações são simples).\n\n- Escrevemos as ligações: \mathrm{Cl}_1-\mathrm{O}_b-\mathrm{Cl}_2-\mathrm{O}_{t1} e \mathrm{Cl}_2-\mathrm{O}_{t2}. Há 4 ligações simples no total. Cada ligação usa 2 elétrons, então elétrons em ligações =4\times 2=8 elétrons. Restam 32-8=24 elétrons para pares isolados.\n\n- Completar octetos com pares isolados (colocando nos oxigênios primeiro):\n - \mathrm{Cl}_1 está ligado por uma única ligação → precisa de 3 pares isolados ( 6 e^- ) para completar seu octeto extendido (cloro pode ter 8 ou mais elétrons ao redor). Colocamos 6 elétrons em \mathrm{Cl}_1.\n - \mathrm{O}_b (oxigênio ponte) ligado a dois átomos (dois enlaces simples) → precisa de 2 pares isolados ( 4 e^- ).\n - Cada oxigênio terminal ( \mathrm{O}_{t1}, \mathrm{O}_{t2}) ligado por uma única ligação → precisa de 3 pares isolados ( 6 e^- ) cada.\n - Para \mathrm{Cl}_2: está ligado a três oxigênios por ligações simples; para que a soma de elétrons corresponda ao total, atribuímos a \mathrm{Cl}_2 1 par isolado ( 2 e^- ). Isso é consistente com diferença de elétrons restante: 6+4+6+6+2 = 24 elétrons.\n\n- Agora calculamos as cargas formais usando a fórmula\n \text{carga formal} = V - N_\text{não-ligante} - \tfrac{1}{2}N_\text{ligante}ã\nonde V é elétrons de valência do átomo livre, N_\text{não-ligante}ã é número de elétrons em pares isolados, e N_\text{ligante} é número total de elétrons de ligação ao redor do átomo.\n\nCálculos (valores em elétrons):\n\n- \mathrm{Cl}_1: V=7, N_\text{não-ligante}=6ã, N_\text{ligante}=2 →\n \text{FC}(\mathrm{Cl}_1)=7-6-\tfrac{2}{2}=7-6-1=0.\n\n- \mathrm{O}_b: V=6, N_\text{não-ligante}=4ã, N_\text{ligante}=4 →\n \text{FC}(\mathrm{O}_b)=6-4-\tfrac{4}{2}=6-4-2=0.\n\n- \mathrm{Cl}_2: V=7, N_\text{não-ligante}=2ã, N_\text{ligante}=6 (três ligações simples) →\n \text{FC}(\mathrm{Cl}_2)=7-2-\tfrac{6}{2}=7-2-3=+2.\n\n- \mathrm{O}_{t1} (isolado ligado por simples): V=6, N_\text{não-ligante}=6ã, N_\text{ligante}=2 →\n \text{FC}(\mathrm{O}_{t1})=6-6-\tfrac{2}{2}=6-6-1=-1.\nIdem para \mathrm{O}_{t2}: \text{FC}(\mathrm{O}_{t2})=-1.\n\nResumo da Estrutura A (sem duplas):\n- Ligação: todas simples na conectividade \mathrm{Cl}_1-\mathrm{O}_b-\mathrm{Cl}_2(\mathrm{O}_{t1},\mathrm{O}_{t2}).\n- Cargas formais: \mathrm{Cl}_1:0,\; \mathrm{O}_b:0,\; \mathrm{Cl}_2:+2,\; \mathrm{O}_{t1}:-1,\; \mathrm{O}_{t2}:-1.\n\nObserve: a soma das cargas formais 0+0+2-1-1=0 dá carga total neutra, e os elétrons usados atendem ao total de 32.

Passo 4

Estrutura B — com ligações duplas \mathrm{Cl}=\mathrm{O} (duas duplas no \mathrm{Cl}_2).\n\n- Montagem: mantemos a mesma conectividade \mathrm{Cl}_1-\mathrm{O}_b-\mathrm{Cl}_2, mas agora desenhamos \mathrm{Cl}_2 com duas ligações duplas para \mathrm{O}_{t1} e \mathrm{O}_{t2}. Assim as ligações são: \mathrm{Cl}_1-\mathrm{O}_b (simples), \mathrm{O}_b-\mathrm{Cl}_2 (simples), \mathrm{Cl}_2=\mathrm{O}_{t1} (dupla), \mathrm{Cl}_2=\mathrm{O}_{t2} (dupla).\n\n- Contagem de elétrons: número de ligações (contando cada traço como um par): 1 + 1 + 2 + 2 = 6 pares de ligação =12 elétrons em ligações. Restam 32-12=20 elétrons para pares isolados.\n\n- Completar octetos com pares isolados:\n - Cada oxigênio terminal em dupla ( \mathrm{O}_{t1}, \mathrm{O}_{t2}) precisa de 2 pares isolados ( 4 e^- ) cada.\n - \mathrm{O}_b (oxigênio ponte com duas ligações simples) precisa de 2 pares ( 4 e^- ).\n - \mathrm{Cl}_1 (ligada por uma simples) precisa de 3 pares ( 6 e^- ).\n - Somando: 4+4+4+6=18 elétrons colocados; sobram 20-18=2 elétrons = 1 par isolado que fica no \mathrm{Cl}_2.\n\n- Calcular cargas formais usando a mesma fórmula:\n\n - \mathrm{O}_{t1}: V=6,\; N_\text{não-ligante}=4,\; N_\text{ligante}=4ã →\n \text{FC}(\mathrm{O}_{t1})=6-4-\tfrac{4}{2}=6-4-2=0.\n - \mathrm{O}_{t2}: idem → 0.\n - \mathrm{O}_b: V=6,\; N_\text{não-ligante}=4,\; N_\text{ligante}=4ã 0.\n - \mathrm{Cl}_1: V=7,\; N_\text{não-ligante}=6,\; N_\text{ligante}=2ã →\n \text{FC}(\mathrm{Cl}_1)=7-6-\tfrac{2}{2}=0.\n - \mathrm{Cl}_2: V=7,\; N_\text{não-ligante}=2,\; N_\text{ligante}=10ã (corresponde a uma ligação simples + duas ligações duplas = 5 pares = 10 elétrons ligados) →\n \text{FC}(\mathrm{Cl}_2)=7-2-\tfrac{10}{2}=7-2-5=0.\n\nResumo da Estrutura B (com duplas):\n- Ligação: \mathrm{Cl}_1-\mathrm{O}_b-\mathrm{Cl}_2 com \mathrm{Cl}_2=\mathrm{O}_{t1} e \mathrm{Cl}_2=\mathrm{O}_{t2}.\n- Cargas formais: todas nulas: \mathrm{Cl}_1:0,\; \mathrm{O}_b:0,\; \mathrm{Cl}_2:0,\; \mathrm{O}_{t1}:0,\; \mathrm{O}_{t2}:0.\n\nObservação importante: nessa estrutura \mathrm{Cl}_2 fica com mais de 8 elétrons ao seu redor (expansão do octeto, total de 10 elétrons ao redor), o que é permitido para átomos do terceiro período (como Cl) por ocuparem orbital 3s3p3d — embora a interpretação de contribuição de orbitais 3d seja objeto de discussão moderna (vou comentar isso depois).

Passo 5

Comparação entre as duas estruturas (por que desenhar a com duplas?):\n\n- A Estrutura A (todas simples) apresenta cargas formais maiores ( \mathrm{Cl}_2:+2 e dois \mathrm{O}_t:-1), ou seja, completa separação de cargas.\n- A Estrutura B (com duas duplas \mathrm{Cl}_2=\mathrm{O}) elimina essas cargas formais (tudo com FC =0), portanto é geralmente considerada a representação de Lewis favorecida porque minimiza cargas formais.\n- Em química de prova: minimizar soma dos valores absolutos das cargas formais costuma dar a estrutura de Lewis mais razoável; por isso a estrutura com duplas é normalmente preferida.

Passo 6

Ressonância e representação real do enlace:\n\n- A descrição final do composto é um híbrido de ressonância entre formas que têm maior ou menor separação de cargas. A forma com duplas (Estrutura B) é uma das contribuições principais porque reduz cargas formais.\n- Entretanto, o verdadeiro estado eletrônico não é perfeitamente descrito por uma única estrutura de Lewis. Em particular, as ligações \mathrm{Cl}=\mathrm{O} têm forte polarização em direção ao oxigênio: mesmo na representação de dupla ligação, o elétron compartido está deslocado em direção ao oxigênio (O é mais eletronegativo).\n\nDica prática para provas: desenhe ambas as formas, compute cargas formais (como fizemos) e explique que a estrutura com menores cargas formais (duplas) é a mais importante. Mencione que Cl expande octeto — isso justifica o desenho com 5 pares em torno de \mathrm{Cl}_2.

Passo 7

Natureza das ligações \mathrm{Cl}=\mathrm{O} — explicação didática e curta (o que escrever na prova)\n\n- Característica principal: as ligações \mathrm{Cl}=\mathrm{O} são ligações covalentes polares com caráter parcial de dupla ligação; elas são mais curtas e mais fortes que uma ligação simples Cl–O, mas têm grande polarização para o oxigênio.\n- Interpretação clássica (Lewis): a dupla ligação pode ser vista como compartilhamento de um par \sigma e um par \pi entre Cl e O. Essa representação reduz cargas formais.\n- Interpretação moderna (mais correta): a contribuição de orbitais 3d do cloro para uma verdadeira dupla ligação \pi é pequena; em vez disso, o caráter “duplo” vem de ressonância e da delocalização dos pares do oxigênio sobre a ligação (modelo MO ou descrições de ressonância). Assim, é melhor pensar a ligação como parcialmente dupla e fortemente polarizada (muito do caráter π fica no oxigênio).\n- Consequência prática: a ligação tem caráter intermediário entre uma ligação simples carregada (Cl+—O-) e uma dupla covalente clássica (como C=O). Em linguagem simples para a prova: “a representação com \mathrm{Cl}=\mathrm{O} é válida e útil; a ligação é polar e tem caráter parcial de dupla, explicável por ressonância e por participação limitada de orbitais d do cloro.”

Passo 8

Resumo final (o que lembrar para a prova)\n\n- Conte elétrons (aqui 32).\n- Proponha conectividade e faça a estrutura com ligações simples. Calcule cargas formais.\n- Se houver grandes cargas formais, tente formar ligações múltiplas (duplas) para reduzir cargas formais — aqui isso leva a todas as cargas formais zero.\n- Explique que \mathrm{Cl}=\mathrm{O} é uma boa representação de ressonância; o vínculo é polar e com caráter parcial de dupla; descreva brevemente que a verdadeira ligação é um híbrido (mencione expansão do octeto do cloro).\n\nAgora a resposta final sucinta, com as cargas formais e a descrição da natureza das duplas.

Resposta

Estrutura sem duplas (todas ligações simples, conectividade \mathrm{Cl}_1-\mathrm{O}_b-\mathrm{Cl}_2(\mathrm{O}_{t1},\mathrm{O}_{t2})): \mathrm{Cl}_1:0,\; \mathrm{O}_b:0,\; \mathrm{Cl}_2:+2,\; \mathrm{O}_{t1}:-1,\; \mathrm{O}_{t2}:-1.\n\nEstrutura com duplas ( \mathrm{Cl}_1-\mathrm{O}_b-\mathrm{Cl}_2 e \mathrm{Cl}_2=\mathrm{O}_{t1},\; \mathrm{Cl}_2=\mathrm{O}_{t2}): \mathrm{Cl}_1:0,\; \mathrm{O}_b:0,\; \mathrm{Cl}_2:0,\; \mathrm{O}_{t1}:0,\; \mathrm{O}_{t2}:0.\n\nNatureza das ligações \mathrm{Cl}=\mathrm{O}: são ligações covalentes fortemente polarizadas com caráter parcial de dupla; a representação com duplas reduz cargas formais (é uma importante forma de ressonância), mas o vínculo real é melhor descrito como um híbrido polarizado (participação de orbitais 3d do Cl pequena — explicação por ressonância/MO é preferível).

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