Questão n { }^{\circ} 2: Determine a estrutura de Lewis, a geometria molecular e as cargas formais de todos os átomos das duas formas de ressonância da molécula de ozônio \mathrm{O}_{3}

Passo 1

O enunciado pede para a molécula de \mathrm{O}_3 (ozônio) ( 1) desenhar todas as estruturas de Lewis, ( 2) indicar a geometria molecular e ( 3) calcular as cargas formais de cada átomo em cada estrutura de ressonância. Vamos usar conceitos de contagem de elétrons de valência, distribuição em pares ligantes e não ligantes, formal charges e VSEPR.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência: cada oxigênio tem 6 elétrons de valência, totalizando
6\times3 = 18
elétrons. Montamos um esqueleto linear \mathrm{O–O–O}, usando duas ligações simples ( 4 elétrons), restando 18 - 4 = 14 elétrons para pares livres.

Passo 3

Distribuímos os 14 elétrons restantes como pares livres primeiro nos átomos terminais para completar octetos:
  • Cada átomo terminal recebe 3 pares livres ( 6 elétrons), gastando 2\times6=12 elétrons.
  • Sobram 14 - 12 = 2 elétrons; colocamos esse par como par livre no oxigênio central.
Até aqui, cada terminal tem 8 elétrons ( 6 livres +2 da ligação) e o central tem só 6 ( 2 livres +2\times 2 de duas ligações). Para completar o octeto do central, transformamos um par livre de um terminal em ligação dupla com o central.
Assim surgem duas estruturas alternativas (ressonância), trocando quem faz dupla ligação.

Passo 4

Escrevemos as duas estruturas de ressonância e calculamos as cargas formais. A fórmula da carga formal é
\text{cf} = (\text{elétrons de valência livres}) + \frac{1}{2}(\text{elétrons ligantes}) - (\text{elétrons de valência no átomo})éêééêá
1) Primeira estrutura:
\mathrm{O^{-} \text{--} O^{+} = O^{\,0}}
onde:
  • O terminal ligado por simples: 6 livres + \frac{1}{2} \cdot 2 ligantes - 6 = -1
  • O central: 2 livres + \frac{1}{2} \cdot 6 ligantes - 6 = +1
  • O terminal com dupla: 4 livres + \frac{1}{2} \cdot 4 ligantes - 6 = 0
2) Segunda estrutura (espelhada):
\mathrm{O^{\,0} = O^{+} \text{--} O^{-}}

Passo 5

Geometria molecular: o oxigênio central tem dois domínios ligantes (dupla e simples) e um par livre, ou seja, configuração A X_{2}E pela teoria VSEPR. Isso dá geometria eletrônica trigonal planar e geometria molecular angular (curvada), com ângulo de ligação aproximado de 117^\circ.

Resposta

As duas estruturas de ressonância de \mathrm{O}_3 são
\mathrm{O^{-} – O^{+} = O^{\,0}} \quad\longleftrightarrow\quad \mathrm{O^{\,0} = O^{+} – O^{-}}
Em cada uma:
  • Carga formal do oxigênio ligado por simples: -1
  • Carga formal do oxigênio central: +1
  • Carga formal do oxigênio ligado por dupla: 0
A geometria molecular de ambas é angular (bent) com ângulo aproximadamente 117^\circ.

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