Dê a hibridação do átomo em vermelho negrito do íon
e identifique o número de ligações
(sigma)e
(pi).
Passo 1
O enunciado pede duas coisas referentes ao átomo em vermelho negrito do íon
:
- determinar a hibridação desse átomo (assumindo que esse átomo em vermelho é o átomo central, o cloro);
- identificar o número de ligações
e de ligações envolvendo esse átomo (ou seja, quantas ligações e saem do átomo central).
Informações fornecidas / que vamos usar:
- fórmula do íon:
. - carga total do íon:
.
Passo 2
Contagem dos elétrons de valência (isso é o começo da construção da estrutura de Lewis).
- O cloro tem
elétrons de valência: . - Cada oxigênio tem
elétrons de valência, e há três oxigênios: . - Soma dos elétrons de valência dos átomos =
. - Como o íon tem carga
, acrescenta-se 1 elétron: total de elétrons = . - Em pares de elétrons, isso é
elétrons = pares.
Explicação didática: para montar a estrutura de Lewis sempre somamos os elétrons de valência de cada átomo e depois adicionamos/subtraímos elétrons conforme a carga do íon. Trabalhar em pares facilita a distribuição das ligações e dos pares isolados.
Passo 3
Montagem inicial da estrutura de Lewis e preenchimento de octetos (passo a passo).
- Coloca-se o átomo menos eletronegativo como centro: aqui é
. Liga-se aos três com ligações simples primeiro. Cada ligação simples consome 1 par de elétrons. - Pares usados em ligações iniciais:
pares. - Pares restantes:
pares.
- Pares usados em ligações iniciais:
- Completar os octetos dos oxigênios primeiro: se todas as três O estiverem com ligação simples, cada O precisa de
pares isolados para completar octeto. - Pares para os três O como lig. simples:
pares. - Pares restantes após isso:
par.
- Pares para os três O como lig. simples:
- Esse
par restante fica no cloro como par isolado (lone pair).
Resultado desta disposição:
- Cl: ligado a 3 O por ligações simples e tem 1 par isolado.
- Cada O ligado simples tem 3 pares isolados (octeto completo).
- Verificação de cargas formais nessa estrutura (ainda não a final mais importante): os 3 O ligados por simples ficariam com carga formal
cada um e o Cl teria carga formal — isso dá a carga total , mas as cargas formais são altas (não ideal). Por isso procuramos formas de reduzir cargas formais com ligações duplas.
Didática: sempre complete octetos dos elementos mais eletronegativos primeiro (oxigênio), depois ajuste o central se necessário formando ligações múltiplas para minimizar cargas formais.
Passo 4
Formação de ligações duplas para reduzir cargas formais e consideração das estruturas de ressonância.
- Podemos reduzir cargas formais movendo um par isolado de um oxigênio para formar uma ligação dupla
. Fazendo isso para um dos O: - Resultado típico: uma estrutura com uma ligação dupla
, duas ligações simples , e o cloro com um par isolado adicional. - Nessa estrutura o cloro fica com carga formal
; os oxigênios: um com carga (o ligado por dupla) e dois com carga .
- Resultado típico: uma estrutura com uma ligação dupla
- Como existem três oxigênios equivalentes por rotação/ressonância, existem três estruturas de ressonância equivalentes em que a dupla pode estar em qualquer uma das três posições. O verdadeiro íon é o híbrido de ressonância dessas três estruturas: as três ligações
ficam equivalentes e têm ordem de ligação média entre e (aproximadamente ).
Didática: ressonância significa que a verdadeira distribuição eletrônica é uma média das estruturas canônicas; uma ligação dupla localizada em cada estrutura canônica resulta em uma ligação parcialmente dupla (delocalizada) no híbrido.
Passo 5
Determinação da hibridação do átomo central pela contagem de regiões de densidade eletrônica (método prático).
- Regiões de densidade eletrônica ao redor do átomo central (Cl): conta-se apenas os vínculos sigma e os pares isolados (cada ligação múltipla conta como uma única região para VSEPR/hibridação).
- No esquema de ressonância/na estrutura canônica com uma dupla: o cloro tem três ligações simples/sigma aos O (cada ligação Cl–O tem um componente
), e além disso tem um par isolado. - Portanto, número de regiões =
(lig. ) (par isolado) .
- No esquema de ressonância/na estrutura canônica com uma dupla: o cloro tem três ligações simples/sigma aos O (cada ligação Cl–O tem um componente
- Regra prática de hibridação:
- 2 regiões →
- 3 regiões →
- 4 regiões →
- 2 regiões →
- Conclusão: com
regiões ao redor do Cl, a hibridação do átomo central é .
Explicação adicional e prevenção de confusão: embora o cloro esteja envolvido em uma ligação dupla em cada estrutura canônica, a dupla utiliza uma orbitais não hibridizado (normalmente um orbital
) para formar a
. A hibridação é determinada pelas regiões de densidade (sigmas + pares isolados); a presença de um
não aumenta a contagem de regiões.
Passo 6
Contagem explícita das ligações
e
envolvendo o átomo central.
- Cada ligação simples
contém uma ligação (uma apenas). - Uma ligação dupla
contém uma ligação e uma ligação . - No híbrido de ressonância do íon
temos, efetivamente, três ligações equivalentes, cada uma contendo um (portanto sempre 3 ligações entre Cl e O). - Quanto às ligações
: nas estruturas canônicas há apenas uma ligação localizada (uma dupla) em cada estrutura, mas no híbrido essa está deslocalizada sobre as três ligações. O número total de ligações (contadas por par de elétrons disponíveis envolvendo o Cl) é (delocalizada entre as três O). - Resumo:
- Número de ligações
envolvendo o Cl: . - Número de ligações
envolvendo o Cl: (delocalizada).
- Número de ligações
Didática sobre como contar: conte sempre um
por cada ligação simples e mais um
por cada ligação múltipla; conte as
adicionais como uma por cada ligação dupla/tripla extra. Para ligações delocalizadas, conta-se o número total de pares
no sistema (aqui 1 par
envolvendo o cloro).
Passo 7
Interpretação orbital simples (por que há
e ainda uma
):
- Com hibridação
, o átomo central tem quatro orbitais híbridos dirigidos aproximadamente tetraedricamente; três desses híbridos fazem as ligações com os oxigênios e um contém o par isolado. - A formação da
delocalizada envolve orbitais atômicos não-hibridizados (por exemplo um orbital disponível no cloro) que se sobrepõem lateralmente com orbitais dos oxigênios para formar a nuvem deslocalizada. Por isso é possível ter e ainda uma ligação em sistemas com expansão do octeto (terceira camada com orbitais também pode participar em descrições antigas, mas a explicação por ressonância e por orbitais não hibridizados é suficiente e mais moderna).
Breve encorajamento: é normal confundir “número de ligações” com “hibridação”; sempre lembre de contar regiões de densidade eletrônica (sigmas + pares) para achar a hibridação e depois separar quantas dessas ligações possuem
adicionais.
Resposta
Hibridação do átomo central (Cl):
Número de ligações envolvendo o átomo central:
Número de ligações envolvendo o átomo central:
(delocalizada sobre as três ligações Cl–O)
Número de ligações
Número de ligações