Mostrar as possíveis estruturas de Lewis das seguintes moléculas: (b)
Em todas elas a expansão do octeto é possível, explicar se estas estruturas são mais estáveis comparadas com estrutura de regra de octeto.
Passo 1
O enunciado pede: mostrar as possíveis estruturas de Lewis para a molécula
e, considerando que a expansão do octeto é possível, explicar se essas estruturas (com octeto expandido) são mais estáveis do que estruturas que obedecem estritamente a regra do octeto.\n
Informações dadas ou implícitas: é uma molécula neutra contendo um átomo de enxofre, um de oxigênio e dois de cloro. Não há figura adicional. Devemos apresentar as estruturas de Lewis possíveis e comparar estabilidade entre a estrutura que envolve expansão de octeto no enxofre e a(s) estrutura(s) que atendem a octeto estrito.
Informações dadas ou implícitas:
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (passo fundamental para qualquer estrutura de Lewis). Eu explico como fazer: some os elétrons de valência de cada átomo (cada número é colocado em TeX).\n
Portanto temos
elétrons de valência para distribuir na estrutura de Lewis.
Passo 3
Esqueleto da molécula (como os átomos se conectam). Normalmente o átomo menos eletronegativo e capaz de fazer mais ligações fica no centro. Aqui o enxofre (
) fica central, ligado ao oxigênio (
) e aos dois cloros (
). Esqueleto:
com
ligado também a
(isto é,
).
Passo 4
Colocar ligações simples primeiro e distribuir pares solitários nos átomos externos (regra prática). Cada ligação usa
elétrons. Com três ligações simples (
e duas
) usamos
elétrons. Restam
para distribuir como pares livres. Preenchendo primeiro os átomos externos (
e os dois
) até completar seus octetos:
- Cada
precisa de 3 pares (6 elétrons) além da ligação, então dois consomem elétrons. - O
, se ficar com ligação simples, precisa de 3 pares (6 elétrons).
Após isso usado
elétrons nos externos; sobrariam
elétrons para o átomo central (
), que serão um par não ligante em
.
Passo 5
Agora vamos ver se todos têm octeto e quais formal charges surgem: primeiro explico a fórmula de carga formal (útil para comparar estruturas):
onde
é o número de elétrons de valência do átomo isolado,
é o número de elétrons não ligantes no átomo na estrutura, e
é o número de elétrons envolvidos em ligações ao redor desse átomo (contados todos, não só os que pertencem ao átomo).
Usando a estrutura com todas ligações simples (descrita no Passo 4): para
temos
,
(um par),
(três ligações simples = 6 elétrons):
Para
:
,
,
:
Para cada
:
,
,
:
Portanto a estrutura com todas ligações simples dá cargas formais:
com
,
com
,
neutros. Essa é uma estrutura válida (todos têm octeto), mas tem cargas formais.
Passo 6
Melhorando a estabilidade: procurar reduzir cargas formais movendo elétrons de
para fazer uma ligação dupla com
. Se formarmos uma ligação dupla
(mantendo
ligado por ligações simples aos dois
), recomputamos pares livres e cargas formais. Nesta configuração, após formar
teremos usado os mesmos
elétrons, mas a distribuição será:
com dois pares solitários (4 elétrons), cada
com 3 pares, e
com um par solitário restante. Note que agora o número de elétrons ao redor de
é
(da dupla)
(das duas simples)
(par lone)
elétrons — isto é,
tem octeto expandido (10 elétrons).
Passo 7
Calcular cargas formais na estrutura com
(a mais comumente usada / principal):\n
Para :
,
(um par),
(dupla S–O = 4 elétrons + duas S–Cl simples = 4 elétrons;
):
Para
Para
:
,
,
:
Para cada
: continua
como antes. Portanto todas as cargas formais são
nessa estrutura com ligação dupla
.
Passo 8
Interpretação e comparação de estabilidade (parte didática importante). Regras práticas para avaliar estabilidade de estruturas de Lewis:
- Estruturas com menores magnitudes de cargas formais são geralmente mais estáveis.
- Se houver carga negativa, é preferível colocá-la no átomo mais eletronegativo.
- Se uma estrutura tem todas cargas formais zero, normalmente ela é a mais importante/estável.
Aplicando isso aqui: a estrutura com
tem todas cargas formais zero — portanto é muito mais estável que a alternativa que obedece estritamente o octeto no enxofre (todas ligações simples), a qual apresenta
e
. Além disso, colocar carga negativa no oxigênio (mais eletronegativo que enxofre) seria aceitável, mas a ausência total de cargas em
ainda a favorece.
Sobre a possibilidade de expansão do octeto: enxofre está no terceiro período, então é possível acomodar mais de oito elétrons ao redor dele (tradicionalmente explicado porque há orbitais
disponíveis). No contexto de Lewis, isso permite a formação da dupla
que leva a cargas formais nulas. Observação moderna (curta): a explicação eletrônica pode ser mais sofisticada do que simplesmente ocupar
-orbitais, mas para um exame de graduação a justificativa prática “átomos a partir do período 3 podem expandir o octeto” é aceita.
Passo 9
Possíveis estruturas de Lewis (resumo prático, o que você deve desenhar na prova):\n
- Estrutura principal (mais estável / maior contribuição):
central com uma ligação dupla para , ligações simples para os dois , e um par de elétrons isolado em . Todas as cargas formais são . Aqui o enxofre tem elétrons ao redor (octeto expandido).\n - Estrutura alternativa (respeita octeto em
): todas ligações simples ( e duas ), com S possuindo um par isolado a mais (octeto estrito). Essa forma coloca cargas formais e — é um contribuidor menos importante (menor estabilidade) que a estrutura com dupla .
Passo 10
Dica rápida de prova (prática e motivadora): desenhe primeiro o esqueleto, conte elétrons, coloque pares nos externos, calcule cargas formais com a fórmula que dei, e escolha a estrutura com menores cargas formais. Se houver discrepância entre octeto estrito e estruturas com carga menor, prefira a estrutura com menores cargas formais (se apropriado justificar expansão do octeto para átomos do 3º período).
Resposta
Estrutura principal:
com ligação dupla a
, ligações simples aos dois
, e um par isolado em
; cargas formais todas
(S com octeto expandido,
elétrons ao redor).
Estrutura alternativa (octeto estrito): todas ligações simples ( ,
), que dá
e
; é menos estável que a estrutura com
.
Estrutura alternativa (octeto estrito): todas ligações simples (