Exercício 1: Faça a representação de Lewis das espécies químicas a seguir. Indique a hibridização dos átomos centrais:
Passo 1
O que o enunciado pede e o que nos dá:
- Pede a representação de Lewis da espécie
. - Pede que eu indique a hibridização do átomo central (no caso, o enxofre).
- Informação implícita: átomos presentes: um átomo de enxofre (
) e três átomos de oxigênio ( ).
Passo 2
Contagem dos elétrons de valência (passo obrigatório para desenhar estrutura de Lewis).
- Cada
tem elétrons de valência. - Cada
tem elétrons de valência.
Portanto o total de elétrons de valência da molécula é
Anotação importante: todos esses
elétrons serão distribuídos entre ligações e pares isolados (lone pairs).
Passo 3
Montagem do esqueleto: qual átomo vai ao centro?
- Critério prático: o átomo menos eletronegativo (aqui
) costuma ficar no centro quando há um átomo único do mesmo tipo. Então colocamos no centro e três ao redor, ligados a .
Passo 4
Colocar ligações simples primeiro e subtrair os elétrons usados.
- Três ligações simples
usam elétrons. - Restam
elétrons para distribuir como pares isolados.
Passo 5
Distribuir pares isolados para completar os octetos dos átomos terminais (oxigênios).
- Cada oxigênio, sendo terminal, deve ter octeto completo: já tem 1 ligação (2 elétrons), precisa de mais 6 elétrons = 3 pares isolados cada.
- Para três oxigênios isso usa
elétrons. - Isso consome exatamente os
elétrons restantes. Agora cada oxigênio tem octeto completo (um par de ligação + três pares isolados). - Observe a situação do enxofre: ao colocar apenas ligações simples ele tem apenas 3 pares de ligação = 6 elétrons ao seu redor, ou seja, não atinge o octeto (tem 6 elétrons, não 8).
Passo 6
Resolver o octeto do enxofre formando ligações múltiplas (transformar pares isolados de oxigênio em ligações duplas).
- Para que o enxofre alcance octeto (ou, no caso mais realista, uma distribuição de elétrons de menor carga formal), é comum formar ligações duplas entre
e alguns : mover um par isolado de um para formar uma ligação . - Se formarmos três ligações duplas
(uma com cada oxigênio), a distribuição fica assim: - Ligações: três ligações duplas
usam elétrons. - Pares isolados: cada oxigênio duplamente ligado terá 2 pares isolados (4 elétrons), total
elétrons. - Soma:
, que é exatamente o total de elétrons.
- Ligações: três ligações duplas
- Resultado prático: estrutura com três ligações duplas e sem pares isolados no enxofre.
Passo 7
Cálculo das cargas formais para avaliar qualidade da estrutura. Lembrar da fórmula:
Aplicando aos átomos na estrutura com três ligações duplas:
- Para um oxigênio duplamente ligado:
- elétrons de valência =
, - elétrons não ligantes =
(dois pares), - elétrons de ligação ao redor =
(uma ligação dupla: 4 elétrons, metade contada para o O é 2).
- elétrons de valência =
- Para o enxofre:
- elétrons de valência =
, - elétrons não ligantes =
, - elétrons de ligação ao redor =
(três ligações duplas, total 12 elétrons; metade ).
- elétrons de valência =
Conclusão: a estrutura com três ligações duplas dá cargas formais todas iguais a zero — uma representação razoável em termos de carga formal.
Passo 8
Discussão sobre ressonância e descrição real das ligações (porque estudantes ficam confusos com octeto expandido).
- A representação com três ligações duplas coloca
elétrons ao redor do enxofre (octeto expandido), o que é permitido para elementos do terceiro período ( ), porque orbitais adicionais (3s, 3p, 3d) permitem acomodar mais elétrons na descrição de valência tradicional. - Outra forma de visualizar a ligação é através de estruturas de ressonância em que, em cada forma, apenas uma ligação é dupla e as outras duas são simples, com cargas formais (
no S e em oxigênios single-bonded). A ressonância entre essas formas leva a ligações equivalentes experimentais com ordem de ligação média . - Em termos simples para a prova: ambas as descrições aparecem na literatura, mas a conclusão importante é que os três S–O são equivalentes e a molécula é trigonal planar.
Passo 9
Determinar a hibridização do átomo central a partir do número de regiões de densidade eletrônica (domínios) ao redor de
.
- Regiões de densidade eletrônica = número de ligações sigma + número de pares isolados no átomo central.
- Na melhor descrição (estrutura com três ligações, sejam elas duplas ou ressonantes), existem três ligações sigma ao redor de
e nenhum par isolado no enxofre. - Portanto o número de domínios é
, o que corresponde a geometria trigonal planar e hibridização . - Explicação curta do porquê: hibridização
significa que o átomo central mistura um orbital e dois orbitais formando três orbitais híbridos em um plano, cada um formando uma ligação sigma com um oxigênio; os elétrons pi (das duplas) ficam em orbitais não híbridos ou em um sistema pi deslocalizado.
Passo 10
Resumo didático (como responder na prova rapidamente):
- Desenhe
no centro, três ao redor. - Mostre a estrutura com três ligações duplas
(cada com dois pares isolados) — cargas formais zero. - Indique que existe também uma descrição ressonante com uma dupla e duas simples (com cargas), a ressonância resulta em ligações equivalentes experimentais.
- Hibridização do enxofre:
(três domínios eletrônicos → trigonal planar).
Resposta
Representação de Lewis (forma principal): três ligações duplas
(cada
com dois pares isolados) — alternativa: três estruturas de ressonância com uma dupla e duas simples.
Hibridização do átomo central ( ):
.
Hibridização do átomo central (