Questão 1 - Para cada espécie química abaixo:
- Represente a estrutura de Lewis.
- Calcule a carga formal em cada átomo.
- Determine a geometria do domínio eletrônico e a geometria molecular segundo a teoria VSEPR.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Passo 1
O enunciado pede, para cada espécie química listada, três coisas:
- Representar a estrutura de Lewis (mostrando ligações e pares isolados).
- Calcular a carga formal em cada átomo.
- Determinar a geometria do domínio eletrônico e a geometria molecular segundo VSEPR.
As espécies são:
- (a)
- (b)
- (c)
- (d)
- (e)
- (f)
- (g)
- (h)
Informações que vou usar em cada caso (sempre vou listar explicitamente): número de elétrons de valência de cada átomo, total de elétrons para a espécie (incluindo carga), distribuição de pares de elétrons para completar octetos quando possível (respeitando a possibilidade de expansão do octeto para átomos do 3º período em diante), cálculo de cargas formais com a fórmula
onde
é o nº de elétrons de valência livres do átomo isolado,
é o nº de elétrons não ligantes (pares isolados) atribuídos ao átomo na estrutura de Lewis, e
é o nº total de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (contados como elétrons, não pares).
A resolução detalhada começa no passo seguinte.
Passo 2
Espécie (a)
.
- Contagem de elétrons de valência:
- As:
elétrons de valência. - Cada F:
elétrons de valência . - Carga
: adiciona elétron.
Totalelétrons pares.
- Esqueleto e distribuição:
- Coloco
no centro ligado a 6 por ligações simples: isso usa ligações elétrons. - Restam
elétrons para pares isolados, que cabem perfeitamente dando a cada três pares isolados (cada F fica com octeto completo). -
não recebe pares isolados neste arranjo.
- Cálculo de cargas formais:
- Para cada F:
, (três pares), (uma ligação)
- Para As:
, , (seis ligações)
Resultado: cada F tem carga formal
; As tem carga formal
. Soma =
como esperado.
- Geometrias (VSEPR):
- Domínios eletrônicos ao redor de As:
ligações e pares isolados domínios geometria do domínio eletrónico: octaédrica. - Como não há pares isolados no centro, a geometria molecular também é octaédrica.
Passo 3
Espécie (b)
(ânion tiocianato). Aqui é importante reconhecer ressonância possível e a conectividade mais usual é
.
- Contagem de elétrons de valência:
- N:
, C: , S: , carga adiciona .
Totalelétrons pares.
- Construção da estrutura de Lewis (sugestão passo a passo):
- Esqueleto linear
. - Para completar octetos com 16 elétrons uma distribuição eficiente é formar uma tripla entre N e C e uma ligação simples entre C e S:
- Ligações:
. Ligações usam ligações elétrons. - Restam
elétrons (4 pares) para pares isolados: colocam-se 3 pares em S (6 elétrons) e 1 par em N (2 elétrons). - Assim N tem um par isolado + 3 ligações (total 8e), C fica sem pares (satisfaz octeto por ligações), S tem 3 pares + 1 ligação (total 8e).
- Ligações:
- Cálculo de cargas formais para essa forma:
- N:
, (um par), (três ligações)
- C:
, , (uma ligação simples + uma tripla = 4 ligações em elétrons)
- S:
, (três pares),
Resultado desta forma: carga localizada em S como
.
- Ressonância e alternativa:
- Existe ressonância com estrutura
(ou com cargas parcializadas), ou conectividade invertida dependendo do tiócianato vs isotiocianato. A forma que desenhei ( ) é uma das principais contribuintes e coloca a carga negativa principalmente no S. As formas de ressonância mostram delocalização parcial do elétron extra entre N e S.
- Geometrias (VSEPR):
- Átomo central é o C: tem duas regiões de densidade eletrônica (ligação para N e para S) → 2 domínios.
- Domínio eletrônico em torno de C: linear.
- Geometria molecular: linear (cadeia N–C–S é linear).
Passo 4
Espécie (c)
.
- Contagem de elétrons de valência:
- Cl:
, cada F: → elétrons pares.
- Estrutura de Lewis:
- Cl no centro ligado a 3 F por ligações simples: usa
ligações elétrons. - Restam
elétrons para pares isolados. - Cada F recebe 3 pares isolados (3×6 = 18 elétrons).
- Restam
elétrons, que ficam como 2 pares isolados no Cl central. - Resultado: Cl com 3 ligações e 2 pares isolados.
- Cálculo de cargas formais:
- Cada F:
, , → - Cl:
, , →
Todas as cargas formais zero.
- Geometrias (VSEPR):
- Domínios ao redor de Cl:
ligações pares isolados domínios → geometria eletrônica: bipirâmide trigonal. - Distribuição de pares isolados: pares isolados ocupam posições equatoriais (maior separação), restando os 3 ligantes nas posições equatoriais/axiais que resultam na forma molecular chamada “T-shaped” (em T).
- Logo: geometria do domínio eletrônico = bipirâmide trigonal; geometria molecular = “T-shaped” (T).
Passo 5
Espécie (d)
.
- Contagem de elétrons de valência:
- S:
, H: cada → elétrons pares.
- Estrutura de Lewis:
- S central ligado a dois H por ligações simples: usa
ligações elétrons. - Restam
elétrons (=2 pares) que ficam como pares isolados no S. - Cada H tem seu par de elétrons de ligação; não há pares isolados em H.
- Cargas formais:
- H:
, , → - S:
, , →
Todas cargas formais zero.
- Geometrias (VSEPR):
- Domínios ao redor de S:
ligações pares isolados domínios → geometria eletrônica: tetraédrica. - Com dois pares isolados, a geometria molecular (posição apenas dos átomos) é “angular” ou “dobrável” (bent). Na prática para
o ângulo H–S–H é menor que em por diferença de repulsão e orbitais; VSEPR prevê angular (aprox. 104,5° como previsão qualitativa; experimentalmente em H2S é ~92° por efeitos de ligação ênfase em orbitais p).
Passo 6
Espécie (e)
.
- Contagem de elétrons de valência:
- I:
, Cl: cada → . Carga adiciona 1 → total elétrons pares.
- Estrutura de Lewis:
- I central ligado a 4 Cl por ligações simples: usa
ligações elétrons. - Restam
elétrons para pares isolados. - Cada Cl recebe 3 pares isolados (4×6 = 24 elétrons).
- Restam
elétrons (2 pares) que ficam como pares isolados no I central. - Resultado: I com 4 ligações e 2 pares isolados.
- Cálculo de cargas formais:
- Cada Cl:
, , → - I:
, , →
Logo I tem carga formale Cl são neutros, soma como esperado.
- Geometrias (VSEPR):
- Domínios ao redor de I:
ligações pares isolados domínios → geometria eletrônica: octaédrica. - Dois pares isolados preferencialmente ficam opostos (trans) para minimizar repulsões; assim os quatro ligantes ficam em um plano formando uma figura quadrada plana.
- Geometria molecular: quadrado planar (square planar).
Passo 7
Espécie (f)
(perclorato).
- Contagem de elétrons de valência:
- Cl:
, O: cada → . Carga adiciona 1 → total elétrons pares.
- Estrutura de Lewis e ressonância:
- Esqueleto: Cl central ligado a 4 O.
- Uma distribuição possível com elétrons de pares isolados é formar ligações simples Cl–O e atribuir 3 pares isolados a cada O (usando 8 elétrons em ligações + 24 elétrons em pares isolados = 32), mas isso dá cargas formais grandes (Cl com carga positiva alta).
- Para reduzir cargas formais, formam-se ligações duplas Cl=O em algumas das O, gerando estruturas de ressonância. Várias estruturas de ressonância são possíveis (diferenças no número de ligações duplas por estrutura), e o elétron extra (a carga
) fica delocalizado nas ligações O–Cl. - Uma escolha frequentemente usada de bons contribuintes de ressonância é a que distribui ligações duplas de modo que se minimize a magnitude das cargas formais — por exemplo, estruturas com duas ligações duplas e duas ligações simples (existem várias combinações) são contribuintes importantes.
- Cálculo de cargas formais (exemplos de contribuintes):
- Se desenharmos uma estrutura com duas ligações duplas e duas simples (uma maneira de minimizar cargas):
- Para um O ligado por dupla:
, , → - Para um O ligado por simples:
, , → - Para Cl: nesse contribuinte Cl:
, , (duas duplas = 8 e duas simples = 4; total 12) → - Assim, nessa estrutura há dois O com carga formal
, dois O com , e Cl com , soma = .
- Para um O ligado por dupla:
- Interpretação por ressonância:
- A realidade é um híbrido de ressonância das várias estruturas que minimizam as cargas formais. Nas estruturas ressonantes equivalentes, a carga negativa fica delocalizada entre os átomos oxigênio; todos os quatro oxigênios são equivalentes na molécula real por simetria e têm carga parcial negativa.
- Conclusão prática para a prova: é correto afirmar que existem múltiplas estruturas de ressonância, que a geometria ao redor de Cl é tetraédrica (4 domínios de ligação, 0 pares isolados), e que a carga total
está delocalizada nos oxigênios. Um contribuinte com duas duplas e duas simples dá Cl com carga formal e oxigênios com cargas formais e (contribuintes diversos), mas o híbrido tem oxigênios equivalentes com carga parcial negativa.
- Geometrias (VSEPR):
- Domínios ao redor de Cl: 4 ligantes, 0 pares isolados → geometria eletrônica: tetraédrica.
- Geometria molecular: tetraédrica (todos os O equivalentes por ressonância).
Passo 8
Espécie (g)
.
- Contagem de elétrons de valência:
- I:
, F: cada → elétrons pares.
- Estrutura de Lewis:
- I no centro ligado a 7 F por ligações simples: usa
ligações elétrons. - Restam
elétrons para pares isolados, que atribuímos aos 7 F como 3 pares cada (7×6 = 42). - I fica sem pares isolados, com 7 ligações (expansão do octeto, permitido para I que é do 5º período).
- Cálculo de cargas formais:
- Cada F:
, , → - I:
, , →
Todas cargas formais zero; espécie neutra.
- Geometrias (VSEPR):
- Domínios ao redor de I: 7 ligações, 0 pares isolados → 7 domínios → geometria eletrônica: bipirâmide pentagonal (pentagonal bipyramidal).
- Como não há pares isolados, a geometria molecular é pentagonal bipiramidal.
Passo 9
Espécie (h)
.
- Contagem de elétrons de valência:
- Be:
, Cl: cada → elétrons pares.
- Estrutura de Lewis (forma usual no estado gasoso):
- Be central ligado a 2 Cl por ligações simples: usa 2 ligações
elétrons. - Restam
elétrons que colocam-se como pares isolados nos dois Cl (cada Cl com 3 pares). - Be fica com apenas 2 ligações e nenhum par isolado, tendo 4 elétrons no seu entorno (eletronicamente deficiente — aceita apenas 4 elétrons em sua camada de valência).
- Cálculo de cargas formais:
- Cada Cl:
, , → - Be:
, , →
Todas cargas formais zero (Be é estável mesmo com 4 elétrons ao seu redor em compostos covalentes típicos).
- Geometrias (VSEPR):
- Domínios ao redor de Be: 2 ligações, 0 pares isolados → 2 domínios → geometria eletrônica: linear.
- Geometria molecular: linear (ângulo
no gás; em alguns cristais polares o arranjo pode variar por coordenação adicional).
Resposta
(a) Estrutura:
ligado a 6
por ligações simples; cada
com 3 pares isolados.
Cargas formais: , cada
.
Geometria do domínio eletrônico: octaédrica. Geometria molecular: octaédrica.
Cargas formais:
Geometria do domínio eletrônico: octaédrica. Geometria molecular: octaédrica.
(b) Estrutura (principal contrib.):
(cadeia linear), com ressonância que delocaliza carga entre N e S.
Cargas formais (nesta forma):
Geometria do domínio eletrônico (em C): linear. Geometria molecular: linear.
Cargas formais (nesta forma):
Geometria do domínio eletrônico (em C): linear. Geometria molecular: linear.
(c) Estrutura:
central com 3
ligantes e 2 pares isolados no
.
Cargas formais: , cada
.
Geometria do domínio eletrônico: bipirâmide trigonal. Geometria molecular: T-shaped.
Cargas formais:
Geometria do domínio eletrônico: bipirâmide trigonal. Geometria molecular: T-shaped.
(d) Estrutura:
ligado a 2
e com 2 pares isolados.
Cargas formais: , cada
.
Geometria do domínio eletrônico: tetraédrica. Geometria molecular: angular (bent).
Cargas formais:
Geometria do domínio eletrônico: tetraédrica. Geometria molecular: angular (bent).
(e) Estrutura:
central ligado a 4
por ligações simples e com 2 pares isolados em I.
Cargas formais: , cada
.
Geometria do domínio eletrônico: octaédrica. Geometria molecular: quadrado planar.
Cargas formais:
Geometria do domínio eletrônico: octaédrica. Geometria molecular: quadrado planar.
(f) Estrutura:
central ligado a 4
com múltiplas estruturas de ressonância (duplas/simples) que delocalizam a carga negativa sobre os oxigênios.
Cargas formais: varia por contribuinte de ressonância (contribuintes típicos dão em algumas formas e oxigênios com
ou
); no híbrido de ressonância os 4
são equivalentes com carga parcial negativa (carga total
).
Geometria do domínio eletrônico: tetraédrica. Geometria molecular: tetraédrica.
Cargas formais: varia por contribuinte de ressonância (contribuintes típicos dão
Geometria do domínio eletrônico: tetraédrica. Geometria molecular: tetraédrica.
(g) Estrutura:
central ligado a 7
por ligações simples; cada
com 3 pares isolados.
Cargas formais: , cada
.
Geometria do domínio eletrônico: bipirâmide pentagonal. Geometria molecular: bipirâmide pentagonal.
Cargas formais:
Geometria do domínio eletrônico: bipirâmide pentagonal. Geometria molecular: bipirâmide pentagonal.
(h) Estrutura:
central ligado a 2
por ligações simples; cada
com 3 pares isolados (Be com apenas 4 elétrons ao redor).
Cargas formais: , cada
.
Geometria do domínio eletrônico: linear. Geometria molecular: linear.
Cargas formais:
Geometria do domínio eletrônico: linear. Geometria molecular: linear.