As moléculas do monóxido de carbono (CO) e do dióxido de carbono ( \mathrm{CO}_{2} ) possuem diferenças nas suas estruturas moleculares. Assinale a alternativa correta:
a) CO tem ligações iônicas e CO2 ligações covalentes
b) CO tem duas ligações covalentes simples e CO2 tem duas ligações covalentes simples e duas dativas.
c) ambas possuem duas ligações covalentes dativas
d) CO possui duas ligações covalentes simples e uma dativa e \mathrm{CO}_{2} possui quatro ligações covalentes simples
e) CO é linear e \mathrm{CO}_{2} é triangular

Passo 1

O enunciado pede que eu escolha a alternativa correta sobre as diferenças nas ligações e estruturas das moléculas \mathrm{CO} e \mathrm{CO}_2. As alternativas são:
a) \mathrm{CO} tem ligações iônicas e \mathrm{CO}_2 ligações covalentes
b) \mathrm{CO} tem duas ligações covalentes simples e \mathrm{CO}_2 tem duas ligações covalentes simples e duas dativas.
c) ambas possuem duas ligações covalentes dativas
d) \mathrm{CO} possui duas ligações covalentes simples e uma dativa e \mathrm{CO}_2 possui quatro ligações covalentes simples
e) \mathrm{CO} é linear e \mathrm{CO}_2 é triangular
Informações importantes fornecidas implicitamente pelo enunciado (que vou usar):
  • Temos as fórmulas das moléculas: \mathrm{CO} (duas átomos) e \mathrm{CO}_2 (três átomos).
  • A questão trata do tipo de ligação (iônica, covalente simples, dativa/coordenação, dupla/tríplice) e da geometria.

Passo 2

Começo desenhando as estruturas de Lewis e contando elétrons de valência — isso é fundamental para saber quantas ligações e quais distribuições de pares de elétrons cada molécula tem.
Regra básica: número total de elétrons de valência = soma dos elétrons de valência dos átomos.
Para \mathrm{CO}:
  • Carbono tem 4 elétrons de valência.
  • Oxigênio tem 6 elétrons de valência.
    Total = 4 + 6 = 10 elétrons de valência.
Para \mathrm{CO}_2:
  • Carbono tem 4.
  • Cada oxigênio tem 6, dois oxigênios = 12.
    Total = 4 + 12 = 16 elétrons de valência.
Esses totais orientam quantos pares de elétrons aparecem em ligações e como ficarão os pares isolados (lone pairs).

Passo 3

Montando a estrutura de Lewis de \mathrm{CO} (passo a passo bem mastigado):
  • Com 10 elétrons, a molécula precisa que ambos os átomos atinjam o octeto, se possível.
  • Uma configuração compatível é uma ligação tripla entre C e O (três pares compartilhados = 6 elétrons) e dois pares não compartilhados sobrando ( 4 elétrons) que precisam ser colocados como pares isolados.
  • Uma distribuição possível: um par isolado no carbono e um par isolado no oxigênio (isso usa 6+2+2=10 elétrons). Essa estrutura corresponde a uma ligação tripla \mathrm{C}\equiv\mathrm{O} e pares isolados em cada átomo.
Agora calculo as cargas formais (isso ajuda a entender se alguma representação com ligação dativa é importante):
  • Fórmula da carga formal: \text{CF} = V - (N_{lone} + \tfrac{1}{2}N_{bond}), onde V é elétrons de valência do átomo.
  • Para o carbono (na estrutura com um par isolado em C e três ligações ao O): V_C=4, N_{lone}=2, N_{bond}=6. Logo \text{CF}_C = 4 - (2 + \tfrac{6}{2}) = 4 - (2+3) = -1.
  • Para o oxigênio: V_O=6, N_{lone}=2, N_{bond}=6. \text{CF}_O = 6 - (2 + 3) = +1.
Há outra forma de desenhar a estrutura (todas as 10 elétrons com os pares isolados no oxigênio), que dá \text{CF}_C=+1 e \text{CF}_O=-1. As duas são ressonantes. A representação mais usada na prática leva em conta a química observada: existe um forte caráter de tripla ligação entre C e O e há um par de elétrons disponível no carbono (o que explica a capacidade do carbono em \mathrm{CO} doar esse par a metais em complexos). Por isso costuma-se representar \mathrm{CO} como uma ligação tripla em que um dos pares pode ser visto como uma ligação coordenada (dativa) em certas ressonâncias/descrições.
Resumo didático sobre \mathrm{CO}:
  • \mathrm{CO} tem essencialmente três pares compartilhados entre C e O (triple bond: uma ligação sigma + duas pi).
  • Em termos de estruturas de Lewis/resonância, uma das contribuições pode ser desenhada como uma ligação coordenada (dativa) — ou seja, existe caráter de ligação dativa em algumas representações, embora o melhor resumo seja “ligação tripla com caráter parcial dativo em uma das contribuições”.
  • Definitivamente \mathrm{CO} é covalente (não iônico).

Passo 4

Montando a estrutura de Lewis de \mathrm{CO}_2 (passo a passo):
  • Total de elétrons de valência = 16.
  • Forma canônica que satisfaz octetos sem cargas formais é: \mathrm{O}= \mathrm{C} = \mathrm{O} (duas ligações duplas), usando 2\times 4 = 8 elétrons para pares isolados nos oxigênios e 2\times 2 =4 elétrons nas ligações sigma/π adicionais — no total se encaixa em 16 elétrons.
  • Calculando cargas formais nessa estrutura: cada átomo fica com carga formal zero (carbono com quatro elétrons atribuídos como \tfrac{1}{2} dos elétrons de ligação mais nenhum lone pair; oxigênios com três pares isolados e dois elétrons de ligação cada um). Então é uma estrutura estável sem necessidade de cargas.
Resumo didático sobre \mathrm{CO}_2:
  • \mathrm{CO}_2 tem duas ligações duplas (\mathrm{O}= \mathrm{C} = \mathrm{O}). Cada ligação dupla é formada por uma ligação sigma e uma pi.
  • Geometricamente, o arranjo é linear (ângulo \mathrm{O}-\mathrm{C}-\mathrm{O}=180^\circ), porque o carbono central está \mathrm{sp}-hibridizado com duas regiões de densidade eletrônica lineares.
  • Não há necessidade de descrever as ligações C–O como dativas na estrutura mais representativa; as duplas são covalentes normais.

Passo 5

Agora avalio cada alternativa confrontando com o que acabamos de deduzir:
a) Diz que \mathrm{CO} é iônico. Isso é falso: \mathrm{CO} é uma molécula covalente com ligações múltiplas, não um sal iônico.
b) Diz que \mathrm{CO} tem duas ligações covalentes simples — errado: \mathrm{CO} apresenta três pares compartilhados (ligações múltiplas), não duas simples. A parte sobre \mathrm{CO}_2 também está confusa/errada (a estrutura típica é duas duplas, não “duas simples e duas dativas”).
c) “Ambas possuem duas ligações covalentes dativas” — falso: \mathrm{CO} pode ter caráter dativo em uma representação, mas não duas dativas; \mathrm{CO}_2 em sua forma principal não é corretamente descrita por “duas ligações dativas”.
d) Afirma que \mathrm{CO} possui duas ligações covalentes simples e uma dativa e que \mathrm{CO}_2 possui quatro ligações covalentes simples. Interpretação cuidadosa:
  • A primeira parte corresponde, de modo informal, à ideia de que \mathrm{CO} tem três pares ligados (totalizando uma “tripla ligação”) e que uma contribuição de ressonância pode ser vista como ligação dativa — então dizer “duas simples + uma dativa” é uma descrição alternativa (um pouco grosseira) da tripla ligação com caráter coordenado em uma das componentes. É compatível com a ideia prática de que existem três pares compartilhados e um caráter dativo em uma das ressonâncias.
  • A segunda parte diz que \mathrm{CO}_2 possui quatro ligações covalentes simples. Aqui há uma ambiguidade de linguagem: normalmente dizemos que \mathrm{CO}_2 tem duas ligações duplas (cada dupla = dois pares de elétrons). Se alguém conta pares individuais, então existem quatro pares compartilhados (dois por cada ligação dupla). Assim, embora “quatro ligações simples” não seja a maneira correta e usual de dizer (o correto é “duas ligações duplas”), a afirmação pode ter sido escrita querendo dizer “quatro pares de ligação” — que é coerente com duas duplas. Logo, apesar da redação imprecisa, esta alternativa é a que mais se aproxima da realidade química entre as dadas.
e) Afirma que \mathrm{CO} é linear e \mathrm{CO}_2 é triangular — falso: \mathrm{CO} é diatômico (reta) e \mathrm{CO}_2 é linear (não triangular). Portanto essa opção está errada.
Dado que as alternativas são formuladas de maneira um tanto imprecisa, a única que, com a leitura menos literal e mais compatível com os modelos de ligação (tripla em \mathrm{CO} com caráter dativo em uma representação; \mathrm{CO}_2 com duas duplas = quatro pares de ligação) é a alternativa d).

Passo 6

Comentários finais didáticos (como lembrar isso na prova):
  • Para decidir rapidamente: conte elétrons de valência e faça a estrutura de Lewis; verifique octetos e cargas formais. \mathrm{CO} tende a aparecer com três pares compartilhados (tripla) e \mathrm{CO}_2 com duas duplas e geometria linear.
  • “Ligação dativa” é só uma forma de representar que um par de elétrons em um átomo foi doado para formar a ligação; muitas ligações múltiplas podem ser descritas por ressonância que inclui formas com caráter dativo. Não confunda “dativa” com “única explicação” — é uma representação útil em alguns casos, especialmente ligantes em coordenação.

Resposta

d)

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