Represente a estrutura de lewis para cada uma das seguintes espécies:
Escreva a a estrutura de lewis para cada um dos seguintes íons negativos e atribua a carga formal negativa ao átomo correto.
Escreva a a estrutura de lewis para cada um dos seguintes íons negativos e atribua a carga formal negativa ao átomo correto.
Passo 1
O que o exercício pede: desenhar a estrutura de Lewis para
e indicar em qual átomo fica a carga formal negativa.
Informações dadas (explicitamente ou implícitas) que vamos usar:
Informações dadas (explicitamente ou implícitas) que vamos usar:
- Temos os átomos: um
, um e quatro . - A espécie tem carga total
. - Precisamos obedecer às regras de Lewis (distribuir elétrons de valência, satisfazer regra do octeto quando possível, permitir expansão de octeto para átomos do 3.º período como o
, e atribuir cargas formais).
Nada mais será assumido aqui — a resolução começa no próximo passo.
Passo 2
Contagem dos elétrons de valência (fundamental para toda estrutura de Lewis). Vou somar os elétrons de valência de cada átomo e depois adicionar o elétron extra devido à carga
:
-
tem elétron de valência. -
tem elétrons de valência. - Cada
tem elétrons de valência, então quatro dão . - A carga
significa adicionar elétron extra.
Total de elétrons de valência:
Então temos
elétrons para distribuir na estrutura de Lewis.
Passo 3
Esqueleto da molécula (ligações mínimas). Normalmente o átomo central é o menos eletronegativo que não seja o hidrogénio — aqui o
será central. O hidrogénio liga-se a um oxigênio (forma
), não ao enxofre diretamente. O esqueleto será:
ou seja,
ligado a quatro oxigênios, e um desses oxigênios está ligado ao
. Vamos começar colocando ligações simples entre todos esses pares (cada ligação simples consome
elétrons).
Número de ligações iniciais: quatro ligações
mais uma ligação
=
ligações. Elétrons usados nas ligações:
Restam:
Passo 4
Distribuição inicial dos pares livres para satisfazer octetos dos oxigênios. Regra prática: preencha primeiro os pares não-ligantes nos átomos mais eletronegativos (oxigênios) até completar seus octetos.
Temos quatro oxigênios:
- O oxigênio que está ligado ao
já tem duas ligações ( e ), isto é 2 pares de ligação = 4 elétrons; para completar octeto precisa de mais 4 elétrons = 2 pares (ou seja, 2 pares livres). - Cada oxigênio ligado apenas ao
por uma ligação simples tem só 1 par de ligação (2 elétrons) e precisa de mais 6 elétrons = 3 pares livres.
Portanto colocaríamos:
- para o oxigênio ligado ao H:
pares livres = elétrons; - para cada um dos outros três oxigênios:
pares livres cada = elétrons.
Total colocado:
que é exatamente o que tínhamos disponível. Após essa distribuição todos os oxigênios têm octeto completo. O enxofre, nesse arranjo, está ligado por quatro ligações simples e não tem pares livres. Contagem de elétrons ao redor do
:
ligações
elétrons — portanto o enxofre também tem octeto neste arranjo inicial.
Passo 5
Cálculo das cargas formais dessa estrutura inicial (todas ligações simples,
com H, sem duplas). Recordando a fórmula da carga formal — vou explicar bem isso porque é importante na prova:
Fórmula da carga formal:
- Para um oxigênio ligado por uma única ligação à S (e sem H): non-bonding
, bonding electrons . Então
Cada um desses três oxigênios simples tem carga formal
.
- Para o oxigênio
: non-bonding (2 pares), bonding electrons (duas ligações: S–O e O–H), então
- Para o enxofre
: non-bonding , bonding electrons (quatro ligações simples), então
Somando as cargas formais: três oxigênios com
cada (
), mais
, mais
dá carga total
, que é consistente. Mas essa distribuição não é ótima: temos cargas formais grandes (três
e
) — em química de ligação covalente preferimos estruturas que minimizem cargas formais extremas.
Passo 6
Melhorando a estrutura por ressonância: formar ligações duplas
. Explicação didática: um modo comum de diminuir cargas formais é transformar pares livres de um oxigênio em uma ligação dupla com o enxofre (movendo um par solitário do O para formar
). Cada vez que fazemos isso:
- O oxigênio que vira
passa de carga formal para . (Porque perde um par livre e passa a ter 2 pares livres + ligação dupla.) - O enxofre ganha mais uma metade de par ligante (aumenta sua fração de elétrons ligantes) e sua carga formal diminui em
.
Se aplicarmos essa operação duas vezes (fazer duas duplas
entre
e dois dos oxigênios que antes eram singly bonded), obtemos:
- dois oxigênios com
neutros ( ); - um oxigênio ligado por simples que foi protonado (
, ); - um oxigênio ligado por simples mas sem H que fica com carga formal
; - o enxofre passa a ter carga formal
(pois começou com e cada dupla reduz em , duas duplas reduzem → ), e agora tem 12 elétrons ao redor (expansão de octeto), o que é permitido porque o está no 3.º período.
Essa estrutura com duas duplas e uma carga
localizada em um oxigênio é energeticamente mais razoável (menores cargas formais absolutas).
Passo 7
Resonância e delocalização da carga negativa. Observação importante: não existe uma única forma canônica com as duas duplas em posições fixas — as duas duplas podem ser colocadas entre o
e quaisquer duas das três oxigênios que não estão protonados. Logo existem três estruturas de ressonância equivalentes, cada uma com:
- duas
duplas (esses dois O neutros), - um
(o OH, neutro), - um
(oxigênio com carga formal ).
Como as três estruturas de ressonância são equivalentes (rotacionando as posições dos duplos), a carga negativa está realmente deslocalizada (resonante) entre as três oxigênios que não estão protonados. Na prática dizemos: a carga formal negativa está distribuída (delocalizada) sobre os três oxigênios sem H.
Passo 8
Cálculo de cargas formais numa das estruturas ressonantes (exemplo numérico para fixar a ideia):
Considere uma das ressonâncias com duas duplas. Contagem de elétrons locais:
- Cada oxigênio com
: non-bonding , bonding → . - Oxigênio
: non-bonding , bonding → . - Oxigênio
(single-bonded, sem H): non-bonding , bonding → . - Enxofre
(com duas duplas e duas simples): non-bonding , bonding → .
Soma das cargas formais:
— consistente com a carga total do ânion. Esta é a representação mais estável e usual: duas duplas, um OH, um O^-; com o sinal negativo delocalizado por ressonância entre os três O sem H.
Passo 9
Resumo final da estrutura de Lewis (como escrevê-la na prova):
- A melhor representação usa três estruturas ressonantes equivalentes. Em cada estrutura temos:
- A carga formal negativa efetiva está deslocalizada (resonante) entre as três oxigênios que não estão ligados ao hidrogênio.
- O enxofre pode apresentar expansão de octeto (12 elétrons ao redor) nessas estruturas ressonantes; isso é permitido para elementos do terceiro período.
Resposta
Três estruturas de ressonância equivalentes, cada uma com duas
duplas, um
(neutro) e um
; a carga formal negativa está deslocalizada entre as três oxigênios que não estão protonados.