Dê as estruturas de Lewis para as substâncias
e
. (Obs: Quando houver a possibilidade de mais de uma estrutura de ressonância, mostre através de setas de ressonância a interconversão entre elas).
Passo 1
O enunciado pede duas coisas claras:
- Dar a estrutura de Lewis de
. - Dar a(s) estrutura(s) de Lewis de
.
Quando houver ressonância, mostrar as estruturas resonantes (setas de ressonância).
Informações fornecidas implicitamente (que vamos usar):
- Fórmulas das moléculas/íon:
e . - Não há desenhos adicionais; devemos construir as estruturas a partir das regras usuais de química (átomo central, contagem de elétrons, octeto, cargas formais, ressonância).
Passo 2
Breve receita (passo a passo geral) para montar estruturas de Lewis — explicando cada item como se fosse uma receita de bolo:
- Contar os elétrons de valência totais. Some os elétrons de valência de cada átomo e, se houver carga, some/subtraia os elétrons correspondentes (íon negativo ganha elétrons).
- Montar o esqueleto: escolher o átomo central (normalmente o menos eletronegativo que não seja H) e ligar os átomos por ligações simples.
- Usar pares de elétrons para formar ligações (cada ligação simples consome 2 elétrons). Subtrair esses elétrons do total.
- Distribuir elétrons restantes como pares solitários (lone pairs) primeiramente nos átomos mais eletronegativos (geralmente oxigênio, etc.) até completar seus octetos.
- Se algum átomo (especialmente elementos do 3.º período em diante, como S, P) ficar com menos que octeto, verificar se é possível formar ligações múltiplas (duplas/triplas) movendo pares solitários de átomos vizinhos para formar ligações múltiplas.
- Calcular cargas formais para cada átomo e escolher a estrutura com menores cargas formais (e com cargas negativas preferencialmente nos átomos mais eletronegativos).
- Se houver mais de uma maneira equivalente de colocar ligações múltiplas que satisfazem octeto e minimizam cargas, mostrar essas estruturas como formas de ressonância e indicar a interconversão por setas.
Fórmula que vamos usar para carga formal (explicada):
onde
-
= número de elétrons de valência do átomo isolado (ex.: para O, para S, para C, para H), -
= número de elétrons não ligantes (pares solitários) no átomo na estrutura de Lewis, -
= número total de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (ou seja, duas vezes o número de ligações simples mais quatro vezes o número de ligações duplas, etc.), mas na prática se usa o número de elétrons de ligação atribuídos ao átomo (por exemplo, uma ligação simples contribui com 2 elétrons; na fórmula divide-se por 2 para obter o número de ligações).
Vou aplicar essa receita passo a passo para cada espécie.
Passo 3
-
Contagem de elétrons de valência:
- Cada
: elétrons → dois C: . - Cada
: elétron → seis H: . -
: elétrons. -
: elétrons.
Total:elétrons de valência totais.
- Cada
-
Esqueleto: S é o átomo central (menos eletronegativo que O e capaz de fazer várias ligações). Conexões esperadas:
e também ligação entre S e O: esqueleto (na prática é com um O ligado ao S). -
Colocar ligações simples iniciais:
- Ligações:
(cada C com 3 H), cada C também ligado ao S → cada ligação usa 2 elétrons. - Total de ligações no esqueleto (contando C–H, C–S, S–O): é mais fácil contar elétrons usados pelas ligações centrais: S ligado a 2 C e a 1 O → 3 ligações
elétrons usados só nas ligações S-X. As ligações C–H e ligações C–S também usam elétrons, mas o método prático é: montar as ligações covalentes e depois distribuir pares solitários.
- Ligações:
-
Distribuir elétrons não ligantes:
- Após formar todas as ligações simples e completar os H (cada H já tem 1 ligação), colocamos pares nos átomos mais eletronegativos (O) para completar octetos.
- Se deixarmos S ligado simplesmente por ligações simples, S teria só 6 elétrons ao seu redor (3 ligações) — incompleto. Para completar octetos das vizinhanças, é comum formar uma dupla ligação S=O.
Passo 4
Estrutura com S=O (forma principal):
- Montagem: cada carbono está ligado a 3 H e a S (cada C tem 4 ligações → octeto satisfeito). O forma dupla com S: S tem uma dupla ligação com O, duas ligações simples com os dois C, e um par de elétrons solitários (um lone pair).
- Contagem de elétrons: essa distribuição consome corretamente os
elétrons de valência (todos os H com 1 ligação, cada C com 4 ligações, O com uma dupla e dois pares, S com uma dupla, duas simples e um lone pair).
Cálculo de cargas formais (usar a fórmula):
- Para
na estrutura :
- Para
(na dupla ligação): , - Para cada
e : calcula-se e obtém-se carga formal zero (cada C tem 4 ligações, H tem 1 ligação).
Portanto a estrutura com S=O (S com um lone pair) resulta em cargas formais nulas em todos os átomos — é uma boa estrutura de Lewis principal.
Ressonância em
:
- Existe uma forma ressonante em que a ligação S–O é representada como simples e o oxigênio carrega carga
enquanto o enxofre fica com carga : - Forma ressonante menor:
com O tendo três pares solitários e S sem lone pair nessa representação.
- Forma ressonante menor:
- Cálculo de cargas nessa forma:
tem carga formal , tem . Essa forma contribui para o híbrido de ressonância e explica a polaridade da ligação S–O (O mais negativa, S com densidade positiva). - Conclusão: a forma dominante tem S=O (todas cargas formais zero), mas há contribuição ressonante com S{+}—O{-} que aumenta a polarização da ligação.
Passo 5
-
Contagem de elétrons de valência:
-
: . - Cada
: → quatro O: . - Carga
adiciona elétrons.
Total:elétrons de valência.
-
-
Esqueleto: enxofre no centro com quatro ligações a quatro oxigênios:
(quatro vezes). -
Primeira tentativa — ligações simples:
- Fazer quatro ligações simples S–O usa
elétrons. - Restam
elétrons para distribuir como pares não ligantes. - Distribuindo 24 elétrons entre os quatro O dá 6 elétrons (três pares) em cada O → cada O com octeto completo. S, porém, tem apenas 8 elétrons ao redor (4 ligações), o que é aceitável mas gera cargas formais.
- Fazer quatro ligações simples S–O usa
Passo 6
Cálculo de cargas na configuração com quatro ligações simples:
- Oxigênio ligado por ligação simples (3 pares + ligação):
→ carga formal em cada O. - Enxofre:
→ carga formal .
Total de cargas:(correto), mas as magnitudes das cargas são altas (+2 no S), então buscamos outra representação com cargas menores.
Formas com duplas ligações:
- Podemos formar duplas ligações S=O movendo pares de elétrons de alguns O para formar ligação dupla. A forma que minimiza cargas é aquela com duas duplas S=O e duas simples S–O^{-}. Nessa configuração:
- Para cada O com dupla: carga formal
(pois ). - Para cada O com simples: carga formal
(como antes). - Para S: com duas duplas e duas simples,
total elétrons ao redor de S → → carga formal . - Total de cargas:
, e as magnitudes são menores (S com carga 0).
- Para cada O com dupla: carga formal
Ressonância:
- Existem várias maneiras equivalentes de escolher quais dois O fazem dupla com S. O número de formas equivalentes é
(escolher 2 oxigênios entre 4 para terem dupla). Essas 6 formas são todas energeticamente equivalentes e formam o conjunto de estruturas ressonantes do íon . - No híbrido de ressonância cada ligação S–O tem ordem de ligação média
(dois duplos e dois simples, média ). A carga negativa está distribuída igualmente entre os quatro oxigênios, dando uma carga média de em cada oxigênio no híbrido.
Passo 7
- Para
(DMSO): a estrutura principal de Lewis é aquela com (todas cargas formais nulas) e há uma forma ressonante menor que contribui para a polaridade S–O. S aceita ter um octeto expandido (10 elétrons) nessa estrutura; isso é permitido para elementos do terceiro período como o enxofre. - Para
: o melhor conjunto de estruturas é o conjunto de 6 estruturas ressonantes com duas duplas S=O e duas simples S–O^{-} em cada forma; o híbrido resultante tem todas as quatro ligações S–O equivalentes com ordem 1,5 e carga parcial por oxigênio.
Resposta
Forma ressonante menor:
No híbrido: todas as quatro ligações S–O equivalentes com ordem de ligação média
e carga média por oxigênio
.