Questão 04. Forneça todas as estruturas de Lewis razoáveis para as moléculas e íons a seguir. Em caso de existir mais de uma estrutura de ressonância, indique a dominante.
Passo 1
O enunciado pede: “Forneça todas as estruturas de Lewis razoáveis para
. Em caso de existir mais de uma estrutura de ressonância, indique a dominante.”\n
Informações fornecidas (explicitadas):
é a molécula neutra com um átomo de cloro e dois átomos de oxigênio. Não há outras informações gráficas no enunciado.
Informações fornecidas (explicitadas):
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (passo obrigatório antes de desenhar qualquer estrutura):
- Cloro:
elétrons de valência. - Cada oxigênio:
elétrons de valência, então dois oxigênios dão .
Total de elétrons de valência disponíveis:
Observação importante:
é ímpar → a molécula terá um elétron desemparelhado (radical). Isso muda um pouco as regras: teremos um elétron solitário em algum lugar da estrutura de Lewis.
Passo 3
Esqueleto escolhido (passo padrão: átomo menos eletronegativo central). Colocamos o cloro no centro ligado aos dois oxigênios:
Agora vamos distribuir os
elétrons começando pelas ligações e preenchendo os octetos onde possível.
Passo 4
Colocando ligações simples iniciais e completando octetos nos oxigênios:
- Duas ligações simples consomem
elétrons. - Restam
elétrons não ligantes a distribuir. - Preenchendo os octetos dos oxigênios primeiro: cada oxigênio ligado por simples precisa de 3 pares (6 elétrons) para completar octeto. Para dois oxigênios isto consome
elétrons. - Restam
elétrons, que colocamos no cloro: isso será um par (2 elétrons) + um elétron isolado (1 elétron), ou seja, o cloro termina com um par solitário e um elétron desemparelhado.
Resultado provisório (pontinhos representados verbalmente): cada oxigênio tem três pares livres, cloro tem um par + um elétron solteiro; ligações são simples:
- Esse esboço é eletronicamente consistente com
elétrons e com a existência do radical.
Passo 5
Cálculo das cargas formais para o esboço com apenas ligações simples (e elétron ímpar em Cl):
- Para um oxigênio com ligação simples + 3 pares livres:
(onde usamos: elétrons não ligantes
, elétrons de ligação
, divididos por 2)
- Para o cloro (tem 1 par =2 elétrons não ligantes + 1 elétron desemparelhado = soma de
elétrons não ligantes; tem 2 ligações simples 4 elétrons de ligação):
Somando:
. A molécula fica neutra, mas temos cargas formais grandes (Cl
, cada O
), o que não é energeticamente ótimo.
Passo 6
Melhorando a distribuição eletrônica: formar uma ligação dupla entre Cl e um dos O reduz cargas formais. Faça isso convertendo um dos pares solitários de um oxigênio em uma ligação dupla com Cl.
Considere a estrutura A (um oxigênio com dupla, outro com simples), mantendo o elétron ímpar em Cl:
Considere a estrutura A (um oxigênio com dupla, outro com simples), mantendo o elétron ímpar em Cl:
- Para o oxigênio com dupla ligação:
(4 eletrons não ligantes, 4 em ligações)
- Para o oxigênio com ligação simples:
- Para o cloro (agora ligado por uma dupla e uma simples → total 3 ligações pares = 6 elétrons de ligação; não ligantes no cloro = 3 elétrons contando o elétron desemparelhado e o par):
Soma das cargas:
. Essa estrutura é energeticamente melhor que a anterior porque as cargas formais são menores em magnitude (não há +2).
Passo 7
Como as duas posições do oxigênio são equivalentes, existe uma segunda estrutura de ressonância B obtida trocando qual oxigênio tem a dupla ligação. Em ambas as estruturas A e B:
- o cloro tem carga formal
; - um oxigênio tem carga formal
(o com dupla); - o outro oxigênio tem carga formal
(o com simples); - o elétron desemparelhado permanece no cloro (representamos por um ponto no Cl).
Portanto, as duas estruturas A e B são estruturalmente equivalentes e formam o conjunto de ressonância dominante. Em linguagem simples: o elétron não pareado fica sobre o cloro e a ligação dupla pode estar com qualquer um dos dois oxigênios, por isso há ressonância.
Passo 8
Existe uma outra estrutura possível teórica: transformar ambas as ligações em duplas (
) e deixar o elétron ímpar no cloro. Verificação:
- Essa estrutura usa todos os
elétrons (ligação dupla + pares nos oxigênios + 3 elétrons sobrando no Cl) e dá cargas formais em todos os átomos. - Porém essa estrutura faz com que o cloro tenha um número de elétrons ao redor bem maior que 8 (expandido, com 11 elétrons ao redor do Cl por causa das duas duplas + 3 elétrons não ligantes), o que é energeticamente menos favorável apesar de formalmente anular as cargas formais.
- Conclusão: a estrutura dupla-dupla com elétron ímpar no Cl é teoricamente possível como “estrutura de Lewis”, mas é normalmente considerada menos razoável (menor contribuição) porque exige uma expansão de octeto pouco favorável nesse caso e não representa bem a distribuição eletrônica observada experimentalmente.
Passo 9
Resumo qualitativo final (critério de dominância):
- Estruturas A e B (uma dupla e uma simples, com o elétron desemparelhado no Cl) são as principais (dominantes), porque minimizam magnitudes de carga formal em comparação com a hipótese de só ligações simples e não exigem uma expansão de octeto extrema do Cl.
- A estrutura com duas duplas e elétron ímpar no Cl tem cargas formais zero, mas exige um arranjo eletrônico altamente expandido no Cl e, por isso, é considerada uma contribuição menor (menos razoável) para a ressonância.
Resposta
Estrutura menos razoável (contribuição pequena):