Monte uma estrutura de Lewis que obedeca à regra do octeto de cada molécula/íon visto a seguir e atribua cargas formais a cada átomo.
Um ânion com carga (2-), formado por um carbono e três oxigênios.
Um ânion com carga (2-), formado por um carbono e três oxigênios.
Passo 1
O enunciado pede que eu monte a estrutura de Lewis que obedeça à regra do octeto para um ânion de carga
formado por um carbono e três oxigênios, e que eu atribua as cargas formais a cada átomo.
Informações dadas e que vou usar:
Informações dadas e que vou usar:
- Há
átomo de carbono e átomos de oxigênio. - A espécie total tem carga
.
Nada mais foi fornecido (sem figura), então vou montar a estrutura padrão paracentral ligado aos três .
Passo 2
Contagem dos elétrons de valência disponíveis (passo essencial antes de desenhar):
- Carbono:
elétrons de valência. - Cada oxigênio:
elétrons de valência. Para três oxigênios: . - Mais a carga total
significa que há elétrons extras.
Somando:
Logo, tenho
elétrons (ou seja,
pares de elétrons) para distribuir na estrutura de Lewis.
Passo 3
Escolha do esqueleto: coloco o átomo de carbono no centro ligado aos três oxigênios, porque carbono costuma ser o átomo central em moléculas com heteroátomos e é menos eletronegativo que oxigênio. O esqueleto inicial é:
com o terceiro
também ligado ao
(formando uma espécie triangular plana).
Passo 4
Coloco ligações simples iniciais entre o carbono e cada oxigênio. Cada ligação simples consome
elétrons. São
ligações:
Restam:
Esses
elétrons devem ser distribuídos como pares de elétrons isolados (lone pairs), preferencialmente nos átomos mais externos primeiro (os oxigênios), para tentar completar seus octetos.
Passo 5
Distribuição inicial dos elétrons restantes nos oxigênios:
- Se eu der a cada oxigênio ligado por ligação simples
pares (ou elétrons), uso exatamente elétrons, esgotando os elétrons. Nesse arranjo cada oxigênio teria 3 pares + 1 ligação = octeto completo. Porém o carbono ficaria com apenas ligações (6 elétrons) — ou seja, com apenas 6 elétrons, violando a regra do octeto para o carbono. Então esse arranjo não é aceitável.
Para satisfazer o octeto do carbono (quer 8 elétrons ao seu redor), preciso que o carbono tenha 4 pares de ligação no total. Como há 3 oxigênios, a solução é formar uma dupla ligação entre o carbono e um dos oxigênios: movo um par isolado de um oxigênio para formar uma ligação adicional (transformando uma ligação simples C–O em C=O). Assim o carbono passa a ter: uma dupla ligação (2 pares) + duas ligações simples (1 par cada) =
pares = octeto satisfeito.
Após fazer isso, a distribuição de elétrons em termos de pares não-ligantes fica:
- Oxigênio ligado por dupla: tem
pares isolados ( elétrons). - Cada oxigênio ligado por simples: tem
pares isolados ( elétrons) cada.
Verificação dos elétrons usados:
Total
, que é o total disponível. Octetos de todos satisfazem: carbono com 4 ligações (8 elétrons), cada oxigênio com 8 elétrons.
Passo 6
Agora calculo as cargas formais. Uso a fórmula (muito útil na prova):
onde
é o número de elétrons de valência do átomo isolado,
é o número de elétrons não-ligantes (lone electrons) atribuídos ao átomo na estrutura, e
é o número total de elétrons envolvidos em ligações ao redor desse átomo (contando todos os elétrons de ligação).
Calculemos para cada tipo de átomo na estrutura com uma dupla ligação e duas simples.
-
Para o carbono (na forma com uma dupla e duas simples):
-
. -
(não tem pares isolados). -
(quatro ligações → 4 pares → 8 elétrons em ligações).
-
-
Para o oxigênio que está com dupla ligação
: -
. -
elétrons não-ligantes (dois pares). -
elétrons em ligações (duas ligações na dupla).
-
-
Para cada oxigênio ligado por ligação simples
: -
. -
elétrons não-ligantes (três pares). -
elétrons em ligações (uma ligação simples).
-
Somando as cargas formais:
, que coincide com a carga total do íon
, então a distribuição está coerente.
Passo 7
Observação sobre ressonância (importantíssima para a prova): a dupla ligação pode estar localizada em qualquer um dos três oxigênios; portanto existem três estruturas de ressonância equivalentes, cada uma com a mesma distribuição de elétrons mas com a dupla ligada a um oxigênio diferente. Em cada forma de ressonância:
tem carga formal
, um oxigênio tem carga formal
(o que forma dupla ligação) e os outros dois oxigênios têm carga formal
(ligados por simples). Como as três formas são equivalentes, a carga negativa está deslocalizada sobre os três oxigênios; a carga média em cada oxigênio, se eu fizer a média entre as três ressonâncias, é
Mas atenção: carga formal é atribuída em cada estrutura de ressonância como inteiro (
ou
); o valor
é apenas a média/resposta ao fenômeno de delocalização.
Passo 8
Resumo prático para a prova (como rapidamente montar e verificar):
- Conte elétrons de valência incluindo carga.
- Coloque o átomo menos eletronegativo no centro (aqui
). - Ligue com simples, distribua pares nos externos para octeto; se o central ficar com menos de 8, forme ligações múltiplas movendo pares dos externos.
- Calcule cargas formais usando
. Busque a solução com cargas formais menores em magnitude e com cargas negativas localizadas nos átomos mais eletronegativos (aqui os ). - Não esqueça ressonância — muitas vezes a estrutura real é combinação de várias formas.
Resposta
Cargas formais em cada forma de ressonância:
Carga média por oxigênio (ressonância):