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.
\mathrm{SNF}_{3}

Passo 1

O enunciado pede: mostrar as possíveis estruturas de Lewis para a molécula \mathrm{SNF}_{3} 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 \mathrm{S}, um átomo de nitrogênio \mathrm{N} e três átomos de flúor \mathrm{F}. A molécula é neutra. Não há figura fornecida.

Passo 2

Contagem dos elétrons de valência totais (passo obrigatório antes de desenhar Lewis). Vou somar os elétrons de valência de cada átomo:
\text{elétrons totais} = 6\\ (\text{S}) + 5\\ (\text{N}) + 3\times7\\ (\text{cada F}) = 6+5+21 = 32.é
Logo temos \,32 elétrons (ou \,16 pares) para distribuir na estrutura de Lewis.

Passo 3

Escolha do esqueleto (quem fica no centro). Regra prática: o átomo menos eletronegativo (exceto \mathrm{H}) costuma ser o central. Valores típicos: \chi(\mathrm{S})<\chi(\mathrm{N})<\chi(\mathrm{F}). Assim escolhemos \mathrm{S} como átomo central, ligado a \mathrm{N} e aos três \mathrm{F}. O esqueleto é:
\mathrm{F}-\mathrm{S}-\mathrm{N}\quad\text{com mais dois } \mathrm{F}\text{ ligados a } \mathrm{S}
ou schematicamente \mathrm{F}_3\!-\mathrm{S}-\mathrm{N}.

Passo 4

Estrutura básica com apenas ligações simples (cada ligação = 2 elétrons). Primeiro coloque uma ligação simples entre \mathrm{S} e cada vizinho: isso usa 4 ligações no total ( \mathrm{S} \mathrm{N} + 3 \times \mathrm{S} \mathrm{F}) → 4\times2=8 elétrons. Restam 32-8=24 elétrons para pares isolados. Complete os octetos dos átomos terminalmente primeiro (flúor e nitrogênio se forem terminais).
  • Cada \mathrm{F} recebe 3 pares isolados (6 elétrons) além da ligação; para 3 \mathrm{F} são 3\times6=18 elétrons. Após isso restam 24-18=6 elétrons.
  • Coloque os 6 elétrons restantes como pares em \mathrm{N}: isso dá a \mathrm{N} três pares isolados (6 elétrons) mais a ligação simples com \mathrm{S}.
Agora veja os octetos:
  • Cada \mathrm{F}: 6 elétrons de pares + 2 da ligação = 8 → octeto satisfeito.
  • \mathrm{N}: tem 3 pares (6 e ^-) + 1 ligação = 8 → octeto satisfeito.
  • \mathrm{S}: tem 4 ligações (4×2=8 e ^-) e nenhum par isolado → octeto satisfeito.
Calcule as cargas formais para ver estabilidade (fórmula: \text{FC}= valência formal - [elétrons não-ligantes + metade dos elétrons ligantes]):
  • Para cada \mathrm{F}: valência 7, não-ligantes 6, ligações 2 → \text{FC}=7-(6+1)=0.
  • Para \mathrm{N}: valência 5, não-ligantes 6, ligações 2 → \text{FC}=5-(6+1)=-2.
  • Para \mathrm{S}: valência 6, não-ligantes 0, ligações 8 → \text{FC}=6-(0+4)=+2.
Portanto a estrutura com todas ligações simples é neutra globalmente, mas tem separação de cargas grande: \mathrm{S}^{+2} e \mathrm{N}^{-2}. Isso é desfavorável energeticamente (grandes cargas formais).

Passo 5

Tentar reduzir as cargas formais formando ligações múltiplas entre \mathrm{S} e \mathrm{N}. Primeira alternativa: transformar a ligação \mathrm{S} \mathrm{N} em dupla ligação ( \mathrm{S}=\mathrm{N}), mantendo as três \mathrm{S} \mathrm{F} simples. Recontagem de elétrons:
  • Ligações: \mathrm{S}=\mathrm{N} (4 e ^-) + 3×( \mathrm{S} \mathrm{F}) (6 e ^-) → total 10 elétrons usados em ligações.
  • Restam 32-10=22 elétrons para pares isolados.
  • Preencha \mathrm{F} com seus 18 e ^- (3×6) → sobram 22-18=4 elétrons.
  • Coloque esses 4 elétrons como dois pares isolados no \mathrm{N}.
Agora octetos:
  • Cada \mathrm{F}: ok.
  • \mathrm{N}: 2 pares (4 e ^-) + ligação dupla (4 e ^-) = 8 → octeto ok.
  • \mathrm{S}: ligação dupla para \mathrm{N} + 3 ligações simples para \mathrm{F} = 5 ligações → 5\times2=10 elétrons ao redor de \mathrm{S} → expansão do octeto (isto é permitido para \mathrm{S}, um elemento de período 3).
Cargas formais:
  • \mathrm{F}: continua 0.
  • \mathrm{N}: valência 5, não-ligantes 4, metade dos ligantes 4/2=2 \text{FC}=5-(4+2)=-1.
  • \mathrm{S}: valência 6, não-ligantes 0, metade dos ligantes 10/2=5 \text{FC}=6-(0+5)=+1.
Resultado: \mathrm{S}^{+1} e \mathrm{N}^{-1}. Isso é melhor (menor separação de carga) do que o caso com apenas ligações simples ( +2/-2), então esta estrutura é mais estável que a anterior. Note que aqui a expansão do octeto em \mathrm{S} foi necessária para reduzir cargas formais.

Passo 6

Outra alternativa ainda melhor: formar uma ligação tripla \mathrm{S}\equiv\mathrm{N} e manter as três ligações \mathrm{S} \mathrm{F} simples. Verificação:
  • Ligações: \mathrm{S}\equiv\mathrm{N} (6 e ^-) + 3×( \mathrm{S} \mathrm{F}) (6 e ^-) → total 12 elétrons em ligações.
  • Restam 32-12=20 elétrons para pares isolados.
  • Coloque 18 e ^- nos três \mathrm{F} (3×6). Restam 20-18=2 elétrons: coloque esse par isolado em \mathrm{N}.
  • Agora \mathrm{N} tem um par isolado (2 e ^-) + tripla ligação (6 e ^-) = 8 → octeto satisfeito.
  • \mathrm{S} tem 3 (do triplo) + 3 (das simples) = 6 ligações totais envolvendo \mathrm{S} 6\times2=12 elétrons ao redor de \mathrm{S}: expansão do octeto (até 12 e ^-).
Cálculo das cargas formais:
  • Cada \mathrm{F}: \text{FC}=0 (como antes).
  • \mathrm{N}: valência 5, não-ligantes 2, metade dos ligantes 6/2=3 \text{FC}=5-(2+3)=0.
  • \mathrm{S}: valência 6, não-ligantes 0, metade dos ligantes 12/2=6 \text{FC}=6-(0+6)=0.
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 \mathrm{S}) podem acomodar mais de 8 elétrons na camada de valência — tradicionalmente explicado pela disponibilidade de orbitais d (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 \mathrm{S} pode ter 10 ou 12 elétrons ao redor.
  • Ao permitir que \mathrm{S} 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 \mathrm{S}^{+2} e \mathrm{N}^{-2} → pouco estável por grande separação de cargas formais.
  • Estrutura com \mathrm{S}=\mathrm{N} (dupla): \mathrm{S}^{+1} e \mathrm{N}^{-1} → mais estável que a anterior porque reduz magnitudes das cargas formais; exige expansão leve do octeto de \mathrm{S} (10 e ^-).
  • Estrutura com \mathrm{S}\equiv\mathrm{N} (tripla): todas as cargas formais zero → estruturalmente a mais estável segundo o critério das cargas formais; exige expansão do octeto de \mathrm{S} para 12 e ^-, o que é permitido para \mathrm{S}.
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 \mathrm{N}, que é mais eletronegativo que \mathrm{S}, 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 \mathrm{S} central; teste primeiro ligações simples e calcule cargas formais; se houver grandes cargas formais, tente formar ligações múltiplas entre \mathrm{S} e \mathrm{N} até minimizar as cargas formais. Lembre-se de que \mathrm{S} pode expandir o octeto, então estruturas com \mathrm{S} tendo 10 ou 12 elétrons são aceitáveis e, frequentemente, as mais estáveis quando minimizam cargas formais.

Resposta

Possíveis estruturas de Lewis para \mathrm{SNF}_{3}:
  1. Todas ligações simples: \mathrm{F}-\mathrm{S}-\mathrm{N} com \mathrm{F} completos e \mathrm{N} com três pares; cargas formais \mathrm{S}^{+2} e \mathrm{N}^{-2}. (octetos satisfeitos, porém pouca estável devido a grandes cargas formais)
  2. Uma estrutura com ligação dupla \mathrm{S}=\mathrm{N} e três \mathrm{S}\!-\!\mathrm{F} simples: cargas formais \mathrm{S}^{+1} e \mathrm{N}^{-1}; \mathrm{S} tem expansão do octeto para 10 elétrons. (mais estável que a 1)
  3. Estrutura com ligação tripla \mathrm{S}\equiv\mathrm{N} e três \mathrm{S}\!-\!\mathrm{F} simples: todas as cargas formais 0; \mathrm{S} expande o octeto para 12 elétrons. (a mais estável — minimiza cargas formais)

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