Exercício 1: Faça a representação de Lewis das espécies químicas a seguir. Indique a hibridização dos átomos centrais:
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para a espécie
:
- Fazer a representação de Lewis (estrutura com ligações e pares de elétrons).
- Indicar a hibridização dos átomos centrais.
Informações relevantes que temos (tudo já contido no enunciado):
- Fórmula molecular:
. - Átomos presentes:
hidrogênios ( ), enxofre ( ), oxigênios ( ).
Passo 2
Contagem dos elétrons de valência (passo fundamental para qualquer estrutura de Lewis).
- Cada
dá elétron de valência: total de . - Enxofre
: elétrons de valência. - Cada oxigênio
: elétrons de valência, então .
Total de elétrons de valência disponíveis:
Esses
elétrons serão distribuídos em ligações e pares não ligantes para satisfazer a regra do octeto (quando aplicável) e minimizar cargas formais.
Passo 3
Montagem do esqueleto (como ligar os átomos)
- Enxofre costuma ser o átomo central para ácidos oxigenados; conectamos o
aos quatro . - Os dois hidrogênios ficam ligados a dois dos oxigênios (formando grupos
), porque em ácidos geralmente está ligado a oxigênio.
Assim o esqueleto é, genericamente:
com mais duas ligações
para completar os quatro oxigênios ao redor do enxofre (os dois
centrais ligados ao
sem H são os demais).
Passo 4
Colocar ligações e distribuir pares de elétrons para satisfazer octetos iniciais
- Primeiro, faça ligações simples:
ligado aos quatro (quatro ligações ) e cada ligado ao seu correspondente. Cada ligação usa 2 elétrons. Número de elétrons usados em ligações simples iniciais:
- Restam
elétrons para colocar como pares não ligantes. - Priorize completar o octeto dos oxigênios primeiro. Para os dois oxigênios que têm apenas ligação ao
(sem H), coloque 3 pares de elétrons (6 elétrons) em cada um. Para os dois oxigênios ligados a (grupos OH), cada um precisa de 2 pares de elétrons (4 elétrons) para completar o octeto (já têm duas ligações: e ). - Vamos somar:
oxigênios sem H elétrons; oxigênios com H elétrons. Soma , que é exatamente o que nos restava. Após isso, todos os oxigênios têm octeto completo, e o enxofre tem 4 ligações simples (8 elétrons ao redor do S) — o enxofre também tem um octeto, mas ainda precisamos checar cargas formais.
Passo 5
Verificar cargas formais e melhorar a estrutura (formação de ligações duplas)
- Calcule cargas formais na montagem atual (todas ligações simples):
- Oxigênios sem H: cada um teria 3 pares (6 elétrons não ligantes) + 1 ligação (2 elétrons compartilhados) → carga formal =
melhor fazer pela fórmula standard: .
Para um O com apenas uma ligação simples:, , (uma ligação simples tem 2 elétrons) → . Então esses oxigênios teriam carga cada. - Oxigênios com H (OH):
, , (duas ligações simples) → . - Enxofre com quatro ligações simples:
, , → .
- Oxigênios sem H: cada um teria 3 pares (6 elétrons não ligantes) + 1 ligação (2 elétrons compartilhados) → carga formal =
- Essa distribuição dá cargas formais altas (S com
, dois O com ), o que é desfavorável. Para reduzir cargas formais, convertemos pares não ligantes dos oxigênios sem H em ligações duplas com o S. Se cada um desses dois oxigênios formar uma dupla ligação com o S, o S acaba com duas ligações duplas e duas simples: isso usa pares já contados e não altera o número total de elétrons. - Estrutura após formar duas duplas
(nos dois oxigênios que não têm H): - Calcule cargas formais nessa estrutura:
- Oxigênio duplamente ligado:
, (duas pares), (uma ligação dupla = 4 elétrons) → . - Oxigênio em OH: continua com
(como antes). - Enxofre:
, , (duas ligações duplas valem 4 elétrons cada = 8 e duas simples 2 cada =4; total 12 elétrons em ligações) → .
- Oxigênio duplamente ligado:
- Calcule cargas formais nessa estrutura:
- Resultado: todas as cargas formais ficam zero. Essa é a melhor (mais estável) estrutura de Lewis para
: enxofre ligado a quatro oxigênios, com duas ligações duplas (nos oxigênios sem H) e dois grupos (OH) com ligações simples; todos com formal charges nulas.
Passo 6
Mostrar explicitamente a estrutura final (contando pares de elétrons)
- Estrutura principal (uma das formas de escrever de maneira linear):
significando:
tem duas ligações duplas
e duas ligações simples
para oxigênios que por sua vez estão ligados a hidrogênios (
). Em termos de pares eletrônicos:
- Cada oxigênio duplamente ligado tem dois pares isolados (2 pares de elétrons não ligantes).
- Cada oxigênio do grupo OH tem dois pares isolados.
- O enxofre não possui pares isolados nessa estrutura: está envolvido em 4 ligações (totalizando 12 elétrons ao redor do S, o que é permitido porque S é do terceiro período — capacidade de octeto expandido).
Observação sobre ressonância: pode-se desenhar estruturas de ressonância que redistribuem as duplas entre os oxigênios, mas a forma que minimiza as cargas formais é a descrita (duas S=O e duas S–O–H).
Passo 7
Determinar a hibridização dos átomos centrais (explicando o raciocínio)
- Regra prática: a hibridização pode ser estimada contando o número de domínios eletrônicos (ligações simples, ligações múltiplas contam como um domínio cada, e pares isolados contam também).
- Para o enxofre (
central): - Domínios ao redor do S:
(quatro ligações , mesmo que duas sejam duplas elas contam cada uma como um domínio). - Portanto a hibridização do S é
(steric number 4 → geometria eletrônica tetraédrica). Observação: as duas ligações duplas possuem componentes pi que são formadas por orbitais não-hibridizados (ou descritas por ressonância); para fins de hibridização simples, diz-se .
- Domínios ao redor do S:
- Para os oxigênios:
- Oxigênios duplamente ligados (
): domínios = (uma ligação dupla + dois pares isolados) → hibridização . - Oxigênios em OH (
): domínios = (duas ligações simples e + dois pares) → hibridização .
- Oxigênios duplamente ligados (
- Hidrogênios não são “hibridizados” no mesmo sentido (a ligação
envolve o orbital do H).
Resposta
Estrutura de Lewis principal:
(duas ligações duplas
e dois grupos
, todos com cargas formais zero)
Hibridizações:
; oxigênios
; oxigênios em
.