Exercícios Resolvidos de Força e Comprimento de Ligação

Peter Atkins Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 87-2.83. Modificada.

Com base nas estruturas de Lewis, coloque as seguintes moléculas ou íons em ordem decrescente de comprimento de ligação:

a) A ligação C O em C O , C O 2 ,   C O 3 2 -

b) A ligação S O em S O 2 , S O 3 ,   S O 3 2 -

Explique seu raciocínio.

Passo 1

O enunciado manda a gente determinar a ordem dos comprimentos de ligações baseados nas estruturas de Lewis desses caras.

Então não tem jeito, vamos ter que fazer as estruturas de Lewis.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

a) C O , C O 2 ,   C O 3 2 -

A gente começa identificando o átomo central como o que está em menor quantidade e é menos eletronegativo. Aqui vai ser o carbono.

Depois a gente liga os outros caras ao átomo central.

Como não sobrou ninguém sem ligar, a gente pode pular pro próximo passo, que é contar os elétrons de valência das estruturas como um todo. Lembrando que:

O 8 : 1 s 2 2 s 2 2 p 4 ⏟

C 6 : 1 s 2 2 s 2 2 p 2 ⏟

Então o oxigênio tem 6 elétrons de valência e o carbono tem 4.

Assim, no C O vamos ter 10 elétrons de valência, no C O 2 , 16 elétrons de valência e no C O 3 2 - , 24 elétrons de valência porque, além dos 22 dos átomos, adicionamos dois elétrons devido à carga do íon.

E agora a gente tem que completar o octeto de todo mundo nas estruturas e ver se o número de elétrons bate com o que calculamos. Se não bater, a gente faz ligações múltiplas entre os átomos ou coloca mais elétrons nas nossas estruturas.

Completando octetos:

O C O ficou com 14 elétrons, mas só pode ter 10. O C O 2 ficou com 20 elétrons e só pode ter 16. E o C O 3 2 - tá com 26 elétrons e tem que ter 24. Bora fazer ligações múltiplas então.

Agora todo mundo tá com o octeto completinho e o número de elétrons na estrutura bate com o que tínhamos calculado.

Vamos ter que ficar ligados porque todas as estruturas acima são ressonantes. Aí estão representadas algumas estruturas de ressonância com as cargas formais dos átomos.

E agora tá na hora de avaliar quais ligações são as mais curtas e quais são as mais longas.

Definitivamente, a mais curta será a do C O , porque ela tem o maior caráter de ligação tripla.

No C O 2 , uma estrutura de ressonância também tem ligação tripla, mas ela é menos significativa que a estrutura com duas duplas, devido às cargas formais (quanto mais próximas de zero, maior a contribuição da estrutura ao híbrido de ressonância).

No C O 2 , então, as duas ligações tem o mesmo comprimento e são mais curtas que uma ligação simples, mas mais longas que uma ligação tripla.

No C O 3 2 - , a gente tem uma ligação dupla “espalhada” em três ligações. Como as três ligações são equivalentes, elas terão o mesmo comprimento. O comprimento delas vai ser algo intermediário entre uma ligação dupla e uma ligação simples. As ligações no C O 3 2 - serão mais longas que as ligações do C O 2 por terem um caráter maior de ligação simples.

Então:

C O 3 2 - > C O 2 > C O

Passo 3

b) S O 2 , S O 3 , S O 3 2 -

A gente começa identificando o átomo central como o que está em menor quantidade e é menos eletronegativo. Aqui será o enxofre ( S ).

Como não sobrou ninguém sem ligar, a gente pode pular para o próximo passo, que é contar os elétrons de valência das estruturas como um todo.

O 8 : 1 s 2 2 s 2 2 p 4 ⏟

S 16 : 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 4 ⏟

Então tanto o oxigênio quanto o enxofre tem 6 elétrons de valência.

A contagem de elétrons fica:

S O 2 = 1   .   6 + 2   .   6 = 18   e l é t r o n s

S O 3 = 1   .   6 + 3   .   6 = 24   e l é t r o n s

S O 3 2 - = 1   .   6 + 3   .   6 + 2   .   1 = 26   e l é t r o n s

E agora a gente tem que completar o octeto de todo mundo nas estruturas e ver se o número de elétrons bate com o que calculamos. Se não bater, a gente faz ligações múltiplas entre os átomos ou coloca mais elétrons.

Completando octetos:

O S O 2 á com 20 elétrons e tem que ter 18, o S O 3 tá com 26 e tem que ter 24 e o S O 3 2 - tá com 26, exatamente como a gente quer. Então precisamos fazer ligações múltiplas nos dois primeiros.

Show, vamos analisar estrutura por estrutura agora.

Para o S O 2 , repara que a gente tem cargas formais igual a zero numa estrutura de ressonância com duas duplas. Assim ó:

Então a gente vai ter duas ligações entre S e O com caráter beeem forte de ligação dupla.

Bora dar uma olhada em algumas estruturas de ressonância do S O 3 .

É bom lembrar que o S pode ficar com esse monte de elétrons porque ele está no terceiro período da tabela periódica, sendo capaz de expandir o octeto. Embora todas as estruturas representadas coexistam, a terceira é a mais importante, uma vez que os átomos estão todos com cargas formais igual a zero. Então, todas as ligações tem um caráter de ligação dupla beeeem forte, beleza?

Chegou a hora do S O 3 2 - :

Aqui a gente não conseguiu uma estrutura onde a carga formal de todos os átomos seja igual a zero. Repara que, como na última estrutura o S tem carga formal - 2 , essa estrutura com as três duplas vai ser um pouco menos importante que para o S O 3 . Então, as ligações vão ter um caráter um pouco mais de ligação simples do que antes.

Unindo tudo o que vimos... A gente já sabe que as ligações no S O 3 2 - vão ser as mais fracas por ter maior caráter de ligação simples. Entre o S O 2 e o S O 3 a coisa é mais complexa, porque nos dois a gente viu que a estrutura com duplas é beeem importante. Acontece que no S O 3 , a gente tem mais estruturas contribuindo pro híbrido de ressonância, então eistem mais estruturas com ligações simples contribuindo. Logo, as ligações nesse composto acabam ficando com um caráter simples maior. Por outro lado, no S O 2 , temos um par de elétrons não ligante no S , que enfraquece as ligações S - O nesse composto. Resumindo, a força das ligações S - O é muuuito próxima para o S O 2 e S O 3 .

Então, para o comprimento das ligações:

S O 3 2 - > S O 3 ≈ S O 2

Resposta

a) Ligações C O 3 2 - > ligações C O 2 > ligações C O

b) Ligações S O 3 2 - > ligações S O 3 ≈ ligações S O 2

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