Indique o tipo de ligação, a polaridade da ligação, a polaridade da molécula, a geometria molecular e a estrutura de Lewis, dos seguintes compostos:
Passo 1
O enunciado pede, para a molécula
, que eu indique:
- o tipo de ligação (iônica, covalente, etc.);
- a polaridade da ligação (se as ligações
são polares ou não); - a polaridade da molécula (se
tem momento dipolar resultante diferente de zero ou não); - a geometria molecular (arranjo dos átomos e ângulos de ligação);
- a estrutura de Lewis (distribuição de elétrons, ligações e pares isolados).
Informações relevantes fornecidas implicitamente: a fórmula molecular é
. Não há outras informações numéricas no enunciado.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência — primeiro passo para a estrutura de Lewis (vou explicar bem devagar).
- Regra: cada átomo contribui com seus elétrons de valência. Soma total = número de elétrons disponíveis para formar ligações e pares isolados.
- Para
: enxofre tem elétrons de valência. - Para cada
: oxigênio tem elétrons de valência; há três oxigênios, então juntos dão . - Total de elétrons de valência:
Esses
elétrons (ou
pares) serão distribuídos entre ligações e pares isolados.
Passo 3
Montando a esqueleto e preenchendo pares isolados (passo-a-passo da construção da estrutura de Lewis).
- Escolhe-se o átomo menos eletronegativo como central:
fica no centro e os três nas pontas. - Primeiro, ligar
a cada com uma ligação simples. Cada ligação simples consome elétrons; três ligações simples usam elétrons (ou pares). Sobraram:
- Distribuir os
pares remanescentes aos átomos terminais (oxigênios) para completar octetos: cada precisa de 3 pares (6 elétrons) além da ligação simples para completar seu octeto. Três oxigênios demandam pares — exatamente os pares disponíveis. Assim, com ligações simples cada teria três pares isolados e estaria com octeto completo; ficaria com apenas os 3 pares de ligação (seis elétrons) ao seu redor.
Passo 4
Cálculo das cargas formais para avaliar se a estrutura com ligações simples é a melhor (aqui ensino o conceito de carga formal).
- Fórmula da carga formal:
onde
é a carga formal,
é o número de elétrons de valência do átomo isolado,
é o número de elétrons não-ligantes atribuídos a esse átomo na estrutura, e
é o número de elétrons compartilhados (em ligações) ao redor do átomo.
- No caso da estrutura com três ligações simples:
- Para cada
: , (três pares isolados), (uma ligação simples). Logo
- Para
: , (nenhum par isolado no enxofre nessa montagem), (três ligações simples correspondem a 6 elétrons compartilhados). Logo
- Soma das cargas formais:
, o que é consistente com molécula neutra, mas as cargas formais individuais são relativamente altas ( no enxofre), o que indica que essa estrutura não é a mais favorável energeticamente.
- Para cada
Passo 5
Melhorando a estrutura: uso de ligações duplas e possibilidade de expansão do octeto (por que o enxofre pode ter mais de 8 elétrons).
- Enxofre é elemento do terceiro período; ele pode usar orbitais d para maior capacidade de ligação (ou, visto por outra perspectiva mais moderna, existe delocalização de elétrons que leva a ligações com caráter parcial de dupla). Na construção de Lewis clássica, é permitido colocar mais elétrons em torno do
(expansão do octeto) se isso reduzir cargas formais. - Se cada
for ligado ao por uma ligação dupla ( ), vamos recontar: - Cada ligação dupla consome
elétrons; três ligações duplas consomem elétrons. - Os oxigênios em cada ligação dupla ficam com dois pares isolados (4 elétrons) cada.
- Soma:
(ligações duplas) (pares isolados nos três ) elétrons totais — encaixa perfeitamente.
- Cada ligação dupla consome
- Cálculo das cargas formais nessa configuração:
- Para cada
: , (dois pares isolados), (uma ligação dupla tem 4 elétrons). Então
- Para
: , , (três ligações duplas têm 12 elétrons), então
- Para cada
- Conclusão: com três ligações duplas, todas as cargas formais são zero — essa é uma estrutura de Lewis muito favorável. Portanto a estrutura de Lewis majoritária representativa é com
no centro e três ligações duplas , cada oxigênio com dois pares isolados, e o enxofre sem pares isolados.
Passo 6
Geometria molecular e VSEPR — por que
é trigonal planar com ângulos de
.
- Regra VSEPR (explicação rápida): os domínios eletrônicos ao redor do átomo central (ligações simples, duplas, triplas e pares isolados) se organizam de modo a minimizar repulsões. Domínios de ligação contam como regiões de densidade eletrônica.
- No caso obtido,
tem três regiões de densidade (três ligações ) e nenhum par isolado. Isso corresponde ao tipo (três átomos ligados, zero pares isolados no central). - Para
sem pares isolados, a geometria eletrônica e molecular é trigonal planar, com ângulos de ligação iguais a . - Hybridização (uma maneira útil de raciocinar sobre orbitais sigma): três regiões de ligação ao redor do
indicam hibridação aproximada no enxofre (um orbital + dois orbitais misturados para formar três orbitais orientados em ). Os orbitais remanescentes podem participar de ligações ou de delocalização.
Passo 7
Polaridade das ligações e da molécula — como decidir e calcular intuitivamente.
- Para a polaridade de uma ligação usa-se a diferença de eletronegatividade
. Regra prática (valores aproximados de Pauling): -
→ ligação aproximadamente não polar covalente; -
→ ligação polar covalente; -
→ ligação com caráter iônico significativo.
-
- Valores (típicos):
, . Então
- Interpretação:
entra na faixa de ligação polar covalente. Logo cada ligação tem caráter polar covalente (o oxigênio puxa os elétrons com mais força, ficando parcialmente negativo). - Polaridade da molécula: apesar das ligações serem polares, a geometria trigonal planar é simétrica — os vetores momento de dipolo das três ligações, iguais em magnitude e separados por
, somam vetorialmente a zero. Logo o momento dipolar resultante da molécula é . - Conclusão:
é uma molécula globalmente apolar (dipolo molecular nulo), embora cada ligação seja polar covalente.
Passo 8
Resumo da estrutura de Lewis e observações finais (linguagem prática para a prova).
- A forma de Lewis recomendada: centro
ligado aos três por ligações duplas. Cada oxigênio possui dois pares isolados; o enxofre não possui par isolado. Todas as cargas formais são zero. - Desenho conceitual (descrição em palavras e em TeX): três ligações duplas simétricas
; cada com dois pares de elétrons não-ligantes. Em notação descritiva:
- Geometria: trigonal planar, ângulos
, hibridização aproximada no enxofre. - Tipo de ligação: covalente (polar covalente nas ligações
). - Polaridade da molécula: apolar (momentos de ligação cancelam-se).
Resposta
Tipo de ligação: covalente (ligação polar covalente entre
e
).
Polaridade da ligação: polar covalente ( ).
Polaridade da molécula: apolar (momento dipolar resultante ).
Geometria molecular: trigonal planar (ângulos ; hibridização
no S).
Estrutura de Lewis: no centro com três ligações duplas
; cada
com dois pares isolados; cargas formais todas iguais a zero.
Polaridade da ligação: polar covalente (
Polaridade da molécula: apolar (momento dipolar resultante
Geometria molecular: trigonal planar (ângulos
Estrutura de Lewis: