Mostrar as possíveis estruturas de Lewis das seguintes moléculas: 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, em cada caso, explicar se a expansão do octeto (quando ocorre) torna a estrutura mais estável do que uma estrutura que obedeça à regra do octeto.
Informações dadas / que vamos usar: os átomos presentes são um átomo de enxofre , um átomo de nitrogênio
e três átomos de flúor
. A molécula é neutra. Não há figura fornecida.
Informações dadas / que vamos usar: os átomos presentes são um átomo de enxofre
Passo 2
Contagem dos elétrons de valência totais (passo obrigatório antes de desenhar Lewis). Vou somar os elétrons de valência de cada átomo:
Logo temos
elétrons (ou
pares) para distribuir na estrutura de Lewis.
Passo 3
Escolha do esqueleto (quem fica no centro). Regra prática: o átomo menos eletronegativo (exceto
) costuma ser o central. Valores típicos:
. Assim escolhemos
como átomo central, ligado a
e aos três
. O esqueleto é:
ou schematicamente
.
Passo 4
Estrutura básica com apenas ligações simples (cada ligação = 2 elétrons). Primeiro coloque uma ligação simples entre
e cada vizinho: isso usa
ligações no total (
–
+ 3
–
) →
elétrons. Restam
elétrons para pares isolados. Complete os octetos dos átomos terminalmente primeiro (flúor e nitrogênio se forem terminais).
- Cada
recebe 3 pares isolados (6 elétrons) além da ligação; para 3 são elétrons. Após isso restam elétrons. - Coloque os
elétrons restantes como pares em : isso dá a três pares isolados (6 elétrons) mais a ligação simples com .
Agora veja os octetos:
- Cada
: 6 elétrons de pares + 2 da ligação = 8 → octeto satisfeito. -
: tem 3 pares (6 e ) + 1 ligação = 8 → octeto satisfeito. -
: tem 4 ligações (4×2=8 e ) e nenhum par isolado → octeto satisfeito.
Calcule as cargas formais para ver estabilidade (fórmula:
valência formal
[elétrons não-ligantes
metade dos elétrons ligantes]):
- Para cada
: valência , não-ligantes , ligações 2 → . - Para
: valência , não-ligantes , ligações 2 → . - Para
: valência , não-ligantes , ligações 8 → .
Portanto a estrutura com todas ligações simples é neutra globalmente, mas tem separação de cargas grande:
e
. Isso é desfavorável energeticamente (grandes cargas formais).
Passo 5
Tentar reduzir as cargas formais formando ligações múltiplas entre
e
. Primeira alternativa: transformar a ligação
–
em dupla ligação (
), mantendo as três
–
simples. Recontagem de elétrons:
- Ligações:
(4 e ) + 3×( – ) (6 e ) → total elétrons usados em ligações. - Restam
elétrons para pares isolados. - Preencha
com seus 18 e (3×6) → sobram elétrons. - Coloque esses 4 elétrons como dois pares isolados no
.
Agora octetos:
- Cada
: ok. -
: 2 pares (4 e ) + ligação dupla (4 e ) = 8 → octeto ok. -
: ligação dupla para + 3 ligações simples para = 5 ligações → elétrons ao redor de → expansão do octeto (isto é permitido para , um elemento de período 3).
Cargas formais:
-
: continua . -
: valência , não-ligantes , metade dos ligantes → . -
: valência , não-ligantes , metade dos ligantes → .
Resultado:
e
. Isso é melhor (menor separação de carga) do que o caso com apenas ligações simples (
), então esta estrutura é mais estável que a anterior. Note que aqui a expansão do octeto em
foi necessária para reduzir cargas formais.
Passo 6
Outra alternativa ainda melhor: formar uma ligação tripla
e manter as três ligações
–
simples. Verificação:
- Ligações:
(6 e ) + 3×( – ) (6 e ) → total elétrons em ligações. - Restam
elétrons para pares isolados. - Coloque 18 e
nos três (3×6). Restam elétrons: coloque esse par isolado em . - Agora
tem um par isolado (2 e ) + tripla ligação (6 e ) = 8 → octeto satisfeito. -
tem 3 (do triplo) + 3 (das simples) = 6 ligações totais envolvendo → elétrons ao redor de : expansão do octeto (até 12 e ).
Cálculo das cargas formais:
- Cada
: (como antes). -
: valência , não-ligantes , metade dos ligantes → . -
: valência , não-ligantes , metade dos ligantes → .
Portanto todas as cargas formais são zero nesta estrutura. Isso é geralmente a situação mais estável em estruturas de Lewis: minimizar as magnitudes das cargas formais e preferir cargas formais iguais a zero quando possível.
Passo 7
Explicação didática sobre expansão do octeto (para consolidar o raciocínio):
- A “regra do octeto” é uma boa aproximação para muitos compostos com elementos do segundo período (C, N, O, F), que tendem a ter no máximo 8 elétrons na camada de valência.
- Elementos do terceiro período em diante (como
) podem acomodar mais de 8 elétrons na camada de valência — tradicionalmente explicado pela disponibilidade de orbitais (por exemplo, 3d) que podem participar na redistribuição eletrônica. Na química moderna fala-se também em expansão de densidade eletrônica e em descrições moleculares mais sofisticadas, mas, para Lewis, é suficiente saber que pode ter 10 ou 12 elétrons ao redor. - Ao permitir que
expanda seu octeto, conseguimos diminuir as cargas formais de forma significativa (ou anulá‑las), o que costuma produzir a estrutura de menor energia (mais estável) segundo o critério das cargas formais.
Passo 8
Comparação de estabilidade entre as estruturas propostas:
- Estrutura com todas ligações simples: todas as octetos satisfeitos, mas
e → pouco estável por grande separação de cargas formais. - Estrutura com
(dupla): e → mais estável que a anterior porque reduz magnitudes das cargas formais; exige expansão leve do octeto de (10 e ). - Estrutura com
(tripla): todas as cargas formais zero → estruturalmente a mais estável segundo o critério das cargas formais; exige expansão do octeto de para 12 e , o que é permitido para .
Também é importante considerar eletronegatividade: quando houver cargas negativas, elas preferem estar em átomos mais eletronegativos. Aqui, na estrutura intermediária a carga negativa está em
, que é mais eletronegativo que
, então essa atribuição é razoável. Mas a estrutura ótima, que anula cargas, é ainda melhor.
Passo 9
Conclusão didática (como desenhar na prova e o porquê): comece contando elétrons; monte o esqueleto com
central; teste primeiro ligações simples e calcule cargas formais; se houver grandes cargas formais, tente formar ligações múltiplas entre
e
até minimizar as cargas formais. Lembre-se de que
pode expandir o octeto, então estruturas com
tendo 10 ou 12 elétrons são aceitáveis e, frequentemente, as mais estáveis quando minimizam cargas formais.
Resposta
Possíveis estruturas de Lewis para
:
-
Todas ligações simples:
com completos e com três pares; cargas formais e . (octetos satisfeitos, porém pouca estável devido a grandes cargas formais) -
Uma estrutura com ligação dupla
e três simples: cargas formais e ; tem expansão do octeto para 10 elétrons. (mais estável que a 1) -
Estrutura com ligação tripla
e três simples: todas as cargas formais ; expande o octeto para 12 elétrons. (a mais estável — minimiza cargas formais)