Qual das estruturas de Lewis do íon sulfito de hidrogênio (
) possui maior peso para a estrutura de ressonância? Explique a sua resposta.
Passo 1
O enunciado pergunta qual das estruturas de Lewis do íon
tem maior peso como estrutura de ressonância e pede uma explicação. As informações dadas (implícitas) são:
- Fórmula do íon:
. - Precisa-se comparar possíveis estruturas de Lewis (formas de ressonância) e decidir qual contribui mais para o híbrido de ressonância.
Passo 2
Contagem de elétrons e esqueleto da molécula (base para desenhar Lewis).
- Elétrons de valência:
- Enxofre:
elétrons. - Oxigênios:
elétrons. - Hidrogênio:
elétron. - Carga negativa adicional:
elétron.
- Enxofre:
- Total de elétrons de valência:
elétrons.
Esqueleto mais razoável (sem ambiguidade): átomo de enxofre central ligado aos três oxigênios; um desses oxigênios está ligado ao hidrogênio (grupo
). Não há outra escolha plausível para a conectividade.
Passo 3
Construção passo a passo de uma estrutura inicial (todas ligações simples) e distribuição dos elétrons solitários.
- Fazer 3 ligações
e 1 ligação usa ligações = elétrons. - Elétrons restantes:
elétrons para distribuir como pares livres. - Completar octetos dos oxigênios primeiro:
- Cada oxigênio ligado só ao S (os dois que não têm H) precisa de 3 pares livres =
elétrons cada → elétrons. - Oxigênio ligado ao H já tem duas ligações (S–O e O–H) e precisa de 2 pares livres =
elétrons.
- Cada oxigênio ligado só ao S (os dois que não têm H) precisa de 3 pares livres =
- Já usados
elétrons; restam elétrons, que colocamos como um par livre no enxofre. - Resultado: estrutura com todas ligações simples, enxofre com 1 par livre; os dois oxigênios sem H têm normalmente 3 pares livres cada (cada um com carga formal
), o oxigênio com H é neutro, enxofre terá carga formal . Essa é uma estrutura válida, mas normalmente ainda se pode reduzir a separação de cargas formando ligações duplas S=O por delocalização.
Passo 4
Fórmula e cálculo de carga formal (ferramenta para comparar estruturas).
- Regra da carga formal:
onde = elétrons de valência do átomo isolado, = elétrons não ligantes (pares), = elétrons nas ligações ao redor do átomo. - Aplicando essa regra às diferentes possíveis formas de ligação S–O permite comparar qual estrutura tem menor separação de cargas e onde a carga negativa fica localizada.
Passo 5
Construção das formas de ressonância relevantes e cálculo explícito das cargas formais (mostrar as candidatas e seus custos).
-
Forma tipo I (importante, pouco separação de cargas): uma ligação dupla
, uma ligação simples (oxigênio com carga ), e uma ligação simples . Enxofre tem um par livre. - Cálculo das cargas formais nesta forma:
- Oxigênio com
: , , ⇒ . - Oxigênio com
(ligado só ao S): , , ⇒ . - Oxigênio
: , , (S–O e O–H) ⇒ . - Enxofre:
, (um par), (uma dupla =4e, duas simples =2e+2e, total 8e) ⇒ metade , então . - Soma das cargas formais:
, que é a carga total do íon. Esta forma tem pouca separação de cargas (apenas um átomo com e enxofre neutro).
- Oxigênio com
- Observação: existem duas formas equivalentes desse tipo, porque a dupla pode estar em qualquer um dos dois oxigênios que não carregam H; portanto a carga negativa fica delocalizada entre esses dois oxigênios por ressonância.
- Cálculo das cargas formais nesta forma:
-
Forma tipo II (menos favorável): duas ligações duplas
e uma ligação simples (sem par no S). - Cálculo de cargas formais:
- Cada oxigênio duplamente ligado: FC
(mesmo cálculo do par anterior). - Oxigênio
: FC . - Enxofre:
, , elétrons ao seu redor (duas duplas =8e + uma simples =2e ⇒ total 10e), metade ⇒ . - Soma das cargas:
, ou seja, essa estrutura por si só não respeita a carga do íon; para reproduzir a carga total seria preciso que um oxigênio tivesse carga (situação improvável). Portanto essa forma corresponde a uma hipotética distribuição com mais separação de cargas e com carga positiva no enxofre — é uma forma com muito menor contribuição.
- Cada oxigênio duplamente ligado: FC
- Além disso, colocar carga positiva em enxofre enquanto oxigênios ficam neutros aumenta separação de cargas e desloca carga negativa para lugares menos eletronegativos (ou exige cargas extremas em oxigênios), o que é menos estável.
- Cálculo de cargas formais:
-
Forma tipo III (ainda menos favorável): uma estrutura com três ligações duplas
e ainda ligada a um oxigênio duplamente ligado. Isso colocaria carga positiva em alguns oxigênios e/ou em S de forma desfavorável; cálculos de cargas formais mostram maior separação de cargas e/ou cargas no átomo menos eletronegativo — portanto muito pouco contributiva.
Passo 6
Critérios de estabilidade das formas de ressonância e aplicação ao caso.
- Regras práticas para decidir o peso de uma forma de ressonância:
- Formas com menor separação de cargas (menos átomos com cargas formais diferentes de zero) têm maior peso.
- Quando há cargas, é mais estável que a carga negativa fique no átomo mais eletronegativo (oxigênio é mais eletronegativo que enxofre).
- Formas que obedecem ao octeto para átomos de segunda fila (C, N, O) são preferíveis; aqui oxigênios preferem ficar com octeto completo.
- Em elementos de terceira fila (como S) o octeto pode ser expandido, mas, mesmo assim, evitar cargas positivas desnecessárias no átomo central geralmente aumenta a estabilidade da forma.
- Aplicando esses critérios:
- A forma tipo I (uma dupla
, uma e uma , S com um par livre) tem baixa separação de cargas (apenas um oxigênio com e S neutro) e coloca a carga negativa em oxigênio (átomo mais eletronegativo). Além disso todos os oxigênios têm octeto. - Formas que dão carga positiva ao enxofre (como a forma com duas duplas) aumentam a separação de cargas e colocam carga positiva no átomo central menos eletronegativo — essas formas são menos favoráveis.
- A forma tipo I (uma dupla
Passo 7
Conclusão e interpretação química (resumo didático e incentivo).
- Portanto, as estruturas de maior peso são aquelas em que o enxofre tem carga formal
, um oxigênio tem carga formal e os outros oxigênios (incluindo o que está ligado ao hidrogênio) são neutros — na prática, as formas com uma ligação dupla , uma ligação simples e uma ligação . - Como há dois oxigênios equivalentes que podem portar a dupla ou a carga negativa, existem duas formas principais equivalentes desse tipo; o híbrido de ressonância é uma média em que a carga negativa está delocalizada sobre os dois oxigênios não protonados.
- Em palavras amigas: a estrutura “mais gostosa” é a que evita empurrar carga negativa para o enxofre e prefere deixar o oxigênio carregar o elétron extra — oxigênio é mais eletronegativo e segura melhor a carga negativa. Então essas formas (com
, , ) pesam mais.
Resposta
As formas com maior peso são as equivalentes que apresentam uma ligação dupla
, uma ligação simples
(oxigênio com carga
) e uma ligação
, de modo que o enxofre fica com carga formal
e a carga negativa está em um oxigênio (delocalizada entre os dois oxigênios não protonados por ressonância).