Sabendo que, nos ácidos oxigenados (fórmula-base: HxEOy ), os átomos de H ionizáveis estão ligados a átomos de O , formando grupos - OH e que todos os átomos de O estão ligados ao átomo de E , escreva as fórmulas estruturais dos ácidos a seguir:
b)
;
b)
Passo 1
O enunciado pede: escrever a fórmula estrutural do ácido
sabendo que, em ácidos oxigenados (fórmula-base
), os átomos de H ionizáveis estão ligados a átomos de O formando grupos
e que todos os átomos de O estão ligados ao átomo central
. Informações relevantes extraídas do enunciado:
tem um átomo de hidrogênio ionizável (
), o átomo central é
(E = Cl) e há
átomos de oxigênio, cada oxigênio ligado a
. A estrutura precisa mostrar qual oxigênio carrega o hidrogênio (formando
).
Passo 2
Decisão inicial sobre esqueleto: como todos os oxigênios estão ligados ao átomo central
e há um hidrogênio disponível para formar um
, o esqueleto será
ligado a dois oxigênios, e um desses oxigênios deve ter o hidrogênio. Em forma esquemática inicial:
mas isso está confuso; o correto é pensar:
com duas ligações a oxigênios, sendo que um desses oxigênios está ligado também a
(formando
). Então o esqueleto é
mas vamos simplificar: o esqueleto correto é
(onde um oxigênio é
e o outro é oxigênio ligado ao
).
Passo 3
Contagem de elétrons de valência (passo chave para desenhar a estrutura de Lewis). Usamos os elétrons de valência de cada átomo:
Como há dois O, o total de elétrons de valência é
Passo 4
Desenho inicial com ligações simples: fazemos ligações simples entre
e cada oxigênio, e uma ligação simples entre o oxigênio que terá o H e o H. Cada ligação simples consome
elétrons. Temos três ligações (Cl–O, Cl–O, O–H), totalizando
elétrons usados. Subtraindo do total:
Passo 5
Distribuição dos elétrons restantes para completar octetos (começando pelos átomos externos, os oxigênios). Cada oxigênio precisa, idealmente, de 8 elétrons ao redor (ligações contadas como pares compartilhados). Para o oxigênio ligado ao H (o
), ele já participa de duas ligações (uma com H e uma com Cl) — isso representa 4 elétrons compartilhados, portanto precisa de mais 4 elétrons não ligantes (2 pares) para completar o octeto. Para o oxigênio que só está ligado ao
(Oxigênio “externo”), ele tem apenas uma ligação simples com
(2 elétrons compartilhados), então precisa de 6 elétrons não ligantes (3 pares) para completar seu octeto. Vamos alocar:
- Oxigênio
: 2 pares não ligantes = elétrons. - Oxigênio ligado apenas ao Cl: 3 pares não ligantes =
elétrons.
Total alocado até agora:elétrons. Restam elétrons para colocar.
Passo 6
Elétrons restantes vão preferencialmente para o átomo central (
) como pares não ligantes. Colocamos os
elétrons restantes em
como dois pares não ligantes. Agora cada átomo tem, de início, seus octetos checados:
- Oxigênio com H: 2 ligações (H e Cl) + 2 pares = 8 elétrons (ok).
- Oxigênio sem H: 1 ligação + 3 pares = 8 elétrons (ok).
- Cl: tem 2 ligações (com os dois O) e 2 pares não ligantes; porém isso dá apenas 6 elétrons ao redor do
(2 pares = 4 elétrons não ligantes + 2 ligações = 4 elétrons compartilhados → contagem de elétrons ao redor de Cl como 4 (não ligantes) + 4 (ligações compartilhadas) = 8? Atenção: ao contar octeto para o central, ligantes são compartilhados, então total ao redor do Cl conta: 2 ligações (cada ligação conta 2 elétrons) + 2 pares = 4 + 4 = 8, na verdade Cl teria octeto completo neste arranjo. Porém precisamos checar se a carga formal fica razoável. Vamos calcular formalmente.
Passo 7
Cálculo de cargas formais para verificar estabilidade e necessidade de ligações múltiplas. Fórmula da carga formal:
Compute para cada átomo no arranjo atual (com todas ligações simples e pares distribuídos como no passo anterior):
- Para o oxigênio ligado por dupla ligação? Ainda estamos com ligações simples; vamos verificar formal charge no oxigênio sem H (o que só tem ligação simples com Cl): valência O =
. Ele tem elétrons não ligantes (3 pares) e participa de 1 ligação (2 elétrons de ligação, então metade =1). Logo:
Isso dá carga formal
nesse oxigênio.
- Para o oxigênio do
: valência , tem elétrons não ligantes (2 pares), e participa de 2 ligações (uma com H e uma com Cl → 4 elétrons de ligação → metade =2). Logo:
- Para o hidrogênio: valência
, não tem elétrons não ligantes e participa de 1 ligação (2 elétrons → metade =1):
- Para o cloro: valência
, tem elétrons não ligantes (2 pares), e participa de 2 ligações simples (cada ligação 2 elétrons → 4 elétrons de ligação → metade =2). Então:
Somando as cargas formais:
, que é consistente com a molécula neutra. Mas tipicamente preferimos estruturas com menores magnitudes de carga formal localizadas, e uma alternativa com uma ligação dupla Cl=O pode reduzir a carga formal no Cl e no O. Vamos verificar a possibilidade de transformar a ligação Cl–O (o oxigênio que estava com carga
) em ligação dupla.
Passo 8
Formação de ligação dupla entre
e o oxigênio que estava com carga
: mover um par não ligante desse oxigênio para formar uma ligação dupla com o
. Nova distribuição:
- Oxigênio (o que virará =O): passa a ter 2 pares não ligantes (4 elétrons) e uma ligação dupla (4 elétrons compartilhados).
- Cl passa a participar de uma ligação dupla e uma ligação simples, e mantém 2 pares não ligantes. Recalcular cargas formais:
Para o oxigênio duplamente ligado:
Para o oxigênio do
: continua com carga formal
.
Para o hidrogênio: continua .
Para o cloro:
Para o hidrogênio: continua
Para o cloro:
Agora todas as cargas formais são zero, o que é ótimo — estrutura sem cargas formais, mais estável (e é a que normalmente se escreve para
). Além disso, todos os átomos respeitam a regra do octeto (Cl aqui tem 8 elétrons ao seu redor na contagem de Lewis), então a estrutura final é válida.
Passo 9
Conclusão e desenho final: a melhor estrutura de Lewis para
tem o cloro ligado a dois oxigênios, um desses oxigênios formando
(onde está o hidrogênio), e o outro oxigênio ligado por dupla ligação ao cloro. Esquematicamente:
Adicione mentalmente os pares solitários (lone pairs): o oxigênio duplamente ligado tem dois pares não ligantes; o oxigênio do
tem dois pares não ligantes; o cloro tem dois pares não ligantes. Todas as cargas formais são zero.