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3ª série · Química
Estrutura da matéria · Ligação e propriedades

Lewis, ressonância e carga formal

Antes de começar, convém dominares: Estabilidade de átomos e íons (1ª série do Ensino Médio)

Uma fórmula como $\mathrm{CO_2}$ diz quais átomos existem na molécula, mas não diz como os elétrons se distribuem entre eles nem qual será o seu formato. A estrutura de Lewis é o primeiro mapa dessa distribuição: pontos e traços que, bem construídos, ajudam a prever ligações, pares isolados e até o comportamento químico da substância. Na química orgânica, ela é a base para escrever qualquer fórmula estrutural.

Elétrons de valência e regra do octeto

Os gases nobres quase não formam compostos, enquanto os outros elementos ganham, perdem ou compartilham elétrons até chegar a uma configuração parecida com a deles. Por que ter oito elétrons na última camada traz tanta estabilidade?

Estrutura de Lewis da água, com duas ligações simples e dois pares de elétrons isolados sobre o oxigênio O H H pares isolados do O
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Considere as moléculas neutras de água ($\mathrm{H_2O}$) e amônia ($\mathrm{NH_3}$). Dados: números atômicos $Z(\mathrm{H}) = 1$, $Z(\mathrm{N}) = 7$,…

Considere as moléculas neutras de água ($\mathrm{H_2O}$) e amônia ($\mathrm{NH_3}$). Dados: números atômicos $Z(\mathrm{H}) = 1$, $Z(\mathrm{N}) = 7$, $Z(\mathrm{O}) = 8$.

  1. a) Determine o número total de elétrons de valência presentes em cada molécula e represente seus respectivos diagramas de Lewis.
  2. b) Indique, de forma fundamentada, quantos pares de elétrons ligantes e quantos pares não ligantes (isolados) possui o átomo central em cada uma delas, justificando se as regras do octeto e do dueto são cumpridas.
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Como construir uma estrutura de Lewis

Molécula de dióxido de carbono com duas ligações duplas e octeto completo nos três átomos O C O CO₂: duas ligações duplas, octeto completo nos três átomos
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A molécula de dióxido de carbono ($\mathrm{CO_2}$) desempenha um papel essencial no equilíbrio climático e na respiração celular. Dados: números atômicos…

A molécula de dióxido de carbono ($\mathrm{CO_2}$) desempenha um papel essencial no equilíbrio climático e na respiração celular. Dados: números atômicos $Z(\mathrm{C}) = 6$, $Z(\mathrm{O}) = 8$.

  1. a) Escreva as configurações eletrônicas da camada de valência para o carbono e o oxigênio, deduzindo o número total de elétrons que devem ser distribuídos na estrutura de Lewis do $\mathrm{CO_2}$.
  2. b) Desenhe a estrutura de Lewis do $\mathrm{CO_2}$ colocando o carbono como átomo central, especifique a ordem das ligações carbono-oxigênio e verifique se todos os átomos satisfazem a regra do octeto.

Você pode fazê-lo em papel e enviar uma foto com sua resposta.

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Carga formal

Em muitas espécies, como o íon tiocianato ($\mathrm{SCN^-}$), é possível propor várias estruturas de Lewis em que todos os átomos cumprem o octeto. Como saber qual delas descreve melhor a espécie real?

Estrutura do íon amônio, com quatro ligações simples e carga formal positiva sobre o nitrogênio N H H H H Qf(N) = +1

Ressonância e híbrido de ressonância

Duas estruturas de ressonância do íon nitrito, ligadas por uma seta de duas pontas estrutura 1 (NO₂⁻):⁻:: O N O estrutura 2 (NO₂⁻):::⁻ O N O a molécula real é o híbrido das duas

O caso mais importante para a química orgânica é o benzeno, $\mathrm{C_6H_6}$. Podemos desenhar o anel com ligações duplas alternadas de duas maneiras equivalentes, mas medidas experimentais mostram que as seis ligações C–C são idênticas, de comprimento intermediário. Por isso o anel aromático costuma ser representado com um círculo no centro, indicando os elétrons deslocalizados.

Exceções à regra do octeto

O trifluoreto de boro ($\mathrm{BF_3}$) é uma molécula neutra e estável, com três ligações idênticas, embora o boro central tenha apenas seis elétrons ao redor. Por que existem compostos estáveis que não completam o octeto?

Ligação dativa: o par isolado do nitrogênio é doado ao orbital vazio do boro B orbital vazio N par isolado doador
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O trifluoreto de boro ($\mathrm{BF_3}$) é um reagente gasoso frequentemente empregado como catalisador em síntese orgânica. Dados: números atômicos $Z(\mathrm{B}) = 5$,…

O trifluoreto de boro ($\mathrm{BF_3}$) é um reagente gasoso frequentemente empregado como catalisador em síntese orgânica. Dados: números atômicos $Z(\mathrm{B}) = 5$, $Z(\mathrm{F}) = 9$.

  1. a) Desenhe a estrutura de Lewis do $\mathrm{BF_3}$ na qual os três átomos de flúor formam ligações simples com o átomo de boro central e completam seus respectivos octetos.
  2. b) Justifique por que o átomo central de boro constitui uma exceção à regra do octeto (hipovalência) e indique o número de pares ligantes e não ligantes que esse átomo possui.

Você pode fazê-lo em papel e enviar uma foto com sua resposta.

Resolver

Voltando ao começo: a estrutura de Lewis mostra como os elétrons de valência se distribuem, e é isso que permite prever ligações, pares isolados e, mais adiante, a geometria da molécula.

Resumo

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