Escreva as fórmulas estruturais planas e as fórmulas de Lewis dos seguintes compostos:
\mathrm{SO}_{3}

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o composto \mathrm{SO}_3: (1) a fórmula estrutural plana; (2) a fórmula de Lewis (mostrando pares isolados e ligações). Não há outras informações no enunciado.
Informações relevantes que já temos do próprio enunciado: a fórmula molecular é \mathrm{SO}_3 (um átomo de enxofre e três de oxigênio).

Passo 2

Contagem de elétrons de valência (passo obrigatório para qualquer estrutura de Lewis). Isto nos diz quantos elétrons temos para distribuir:
  • O enxofre ( \mathrm{S}) pertence ao grupo 16: tem 6 elétrons de valência.
  • Cada oxigênio ( \mathrm{O}) também tem 6 elétrons de valência; há três oxigênios, totalizando 3\times 6=18.
    Portanto o total de elétrons de valência é
6 + 3\cdot 6 = 24\\ \text{elétrons}.é
Costumo trabalhar em elétrons (não pares) para evitar confusão: 24 elétrons equivalem a 12 pares de elétrons.

Passo 3

Montagem da estrutura inicial e regra do octeto. Coloca-se o átomo menos eletronegativo no centro: aqui é o \mathrm{S} (menos eletronegativo que \mathrm{O}). Ligamos o enxofre a cada oxigênio com uma ligação simples inicialmente. Cada ligação simples consome 2 elétrons. Com três ligações simples usamos
3\times 2 = 6\\ \text{elétrons},é
restando 24-6=18 elétrons para colocar como pares livres (lone pairs) nos átomos, preferencialmente completando os octetos dos oxigênios primeiro.
Se colocarmos os elétrons restantes nos oxigênios para completar seus octetos, cada oxigênio ligado por ligação simples precisa de 6 elétrons não-ligantes (3 pares) para alcançar 8 elétrons ao todo (1 par de ligação + 3 pares livres = 8). Para três oxigênios isso requer
3\times 6 = 18\\ \text{elétrons},é
que é exatamente o que temos de sobra. Nessa etapa teríamos a estrutura com três ligações simples e cada oxigênio com três pares livres; o enxofre ficaria com só 6 elétrons ao redor (3 ligações simples) — isto viola o octeto do enxofre.

Passo 4

Avaliação das cargas formais e tentativa de melhorar a estrutura. É norma procurar minimizar cargas formais. Calculemos as cargas formais na estrutura com ligações simples (S com três ligações simples, cada O com três pares livres):
  • Fórmula de carga formal: \text{CF}= (elétrons de valência do átomo isolado) - (elétrons não-ligantes atribuídos) - (elétrons de ligação atribuídos/2).
    Para um oxigênio com ligação simples: elétrons de valência 6, não-ligantes 6, elétrons de ligação atribuídos 2 (a ligação simples):
\text{CF}(\mathrm{O}) = 6 - 6 - \tfrac{2}{2} = 6-6-1 = -1.
Para o enxofre com três ligações simples: elétrons de valência 6, não-ligantes 0, elétrons de ligação atribuídos 3\times 2=6:
\text{CF}(\mathrm{S}) = 6 - 0 - \tfrac{6}{2} = 6 - 3 = +3.
Essa distribuição ( +3 no S e -1 em cada O) gera formalmente uma estrutura com somatório de cargas zero, mas é energeticamente ruim porque dá uma carga formal muito alta em \mathrm{S}. Podemos melhorar retirando elétrons dos oxigênios e formando ligações múltiplas (duplas) com o enxofre: isso reduz as cargas formais.

Passo 5

Construção da estrutura com ligações duplas. Tentamos formar duplas \mathrm{S}=\mathrm{O} para reduzir cargas formais. Se transformarmos cada uma das três ligações simples em ligações duplas (cada transformação usa um par não-ligante de um oxigênio para formar a segunda ligação), teremos:
  • Cada ligação dupla consome 4 elétrons; para três duplas usamos 3\times 4=12 elétrons em ligações.
  • Restam 24-12=12 elétrons para pares livres; colocando esses 12 elétrons como pares livres nos três oxigênios dá 4 elétrons (2 pares) em cada oxigênio.
    Assim cada oxigênio tem: 2 pares livres (4 elétrons) + 2 pares em ligações (4 elétrons) = octeto satisfeito.
    O enxofre fica ligado a três oxigênios por duplas; ao redor do \mathrm{S} aparecem 12 elétrons (seis pares), isto é, um octeto expandido — permitido para átomos do terceiro período como \mathrm{S}.

Passo 6

Cálculo das cargas formais na estrutura com três ligações duplas:
  • Para cada oxigênio (com uma dupla): elétrons de valência 6, não-ligantes 4, elétrons de ligação atribuídos 4:
\text{CF}(\mathrm{O}) = 6 - 4 - \tfrac{4}{2} = 6 - 4 - 2 = 0.
  • Para o enxofre: elétrons de valência 6, não-ligantes 0, elétrons de ligação atribuídos 3\times 4 = 12:
\text{CF}(\mathrm{S}) = 6 - 0 - \tfrac{12}{2} = 6 - 6 = 0.
Todas as cargas formais são zero: esta é uma estrutura ótima em termos de minimização de cargas formias. Portanto a estrutura com três ligações duplas \mathrm{S}=\mathrm{O} é a melhor representação de Lewis clássica para \mathrm{SO}_3.
Observação sobre ressonância: a representação com três ligações duplas é simétrica — todos os \mathrm{O} são equivalentes. Alternativamente, algumas representações escrevem formas ressonantes em que apenas um \mathrm{S}=\mathrm{O} é dupla e os outros são simples com cargas, mas a forma com três duplas igualitárias tem CF zero e descreve bem a molécula real (geometria trigonal plana, ligações equivalentes).

Passo 7

Forma geométrica e explicação do porquê: com três regiões de densidade de ligação ao redor do \mathrm{S} e sem pares isolados no enxofre, a geometria é trigonal plana e os ângulos são \displaystyle 120^\circ. O enxofre pode expandir seu octeto (ter mais de 8 elétrons ao seu redor) porque está no terceiro período e tem orbitais d disponíveis (conceito básico para explicar expansão de octeto em química geral).

Passo 8

Como desenhar a fórmula de Lewis (prática, para a prova). A fórmula de Lewis final mostra:
  • Enxofre no centro sem pares isolados.
  • Três ligações duplas ligando \mathrm{S} a cada \mathrm{O}.
  • Em cada oxigênio, dois pares isolados (quatro elétrons representados como dois pares de pontos).
    Em palavras (forma pronta para escrever na prova): “colocar \mathrm{S} no centro; desenhar três duplas \mathrm{S}=\mathrm{O} em disposição trigonal; em cada \mathrm{O} colocar dois pares de pontos ao redor”.

Resposta

Fórmula estrutural plana: enxofre central com três ligações duplas aos três oxigênios (disposição trigonal plana, ângulos de 120^\circ).
Fórmula de Lewis: três ligações duplas \mathrm{S}=\mathrm{O}, cada oxigênio com dois pares isolados (dois pares de pontos) e o enxofre sem pares isolados (todas as cargas formais iguais a zero).

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