9.11 : Cargas Formais

Em alguns casos, há aparentemente mais de uma estrutura de Lewis válida para moléculas e iões poliatómicos. O conceito de cargas formais pode ser usado para ajudar a prever a estrutura de Lewis mais apropriada quando mais de uma estrutura razoável existe.

Cálculo da Carga Formal

A carga formal de um átomo em uma molécula é a carga hipotética que o átomo teria se os eletrões nas ligações fossem distribuídos uniformemente entre os átomos. Alternativamente, a carga formal resulta quando do número de eletrões de valência de um átomo neutro, os eletrões não ligados são reduzidos pela primeira vez, seguido da subtração do número de ligações ligadas a esse átomo na estrutura de Lewis.

Assim, a carga formal é calculada da seguinte forma: 

Os cálculos das cargas formais podem ser duplamente verificados, determinando a soma das cargas formais para toda a estrutura. A soma das cargas formais de todos os átomos em uma molécula deve ser zero; a soma das cargas formais em um ião deve ser igual à carga do ião. Lembre-se de que a carga formal calculada para um átomo não é a carga real do átomo na molécula. A carga formal é apenas um procedimento útil de contabilidade; não indica a presença de cargas reais.

Cálculo da Carga Formal das Estruturas de Lewis

Os passos seguintes são seguidos para atribuir cargas formais a cada átomo no ião interhalogéneo ICl₄^−.

Passo 1. Divida os pares de eletrões das ligações de forma igual para todas as ligações I–Cl:

Passo 2. Atribua pares solitários de eletrões aos seus átomos. Cada átomo de cloro tem agora sete eletrões atribuídos a ele e o átomo de iodo tem oito.

Passo 3. Subtraia este número do número de eletrões de valência para o átomo neutro:
Iodo: 7 – 8 = –1
Cloro: 7 – 7 = 0
A soma das cargas formais de todos os átomos é igual a –1, que é idêntica à carga do ião (–1).

Uso da Carga Formal para Prever a Estrutura Molecular

O arranjo de átomos em uma molécula ou ião é chamado a sua estrutura molecular. Em muitos casos, seguir os passos para escrever estruturas de Lewis pode levar a mais de uma possível estrutura molecular — múltiplas ligações e colocações de pares de eletrões solitários diferentes ou diferentes arranjos de átomos, por exemplo. Algumas diretrizes que envolvem carga formal podem ser úteis para decidir qual das estruturas possíveis é mais provável para uma determinada molécula ou ião:

1. Uma estrutura molecular em que todas as cargas formais são zero é preferível a uma em que algumas cargas formais não são zero.
2. Se a estrutura de Lewis precisar ter cargas formais diferentes de zero, o arranjo com as menores cargas formais diferentes de zero é preferível.
3. As estruturas de Lewis são preferíveis quando as cargas formais adjacentes são zero ou do sinal oposto.
4. Ao escolher entre várias estruturas de Lewis com distribuições semelhantes de cargas formais, a estrutura com as cargas formais negativas nos átomos mais eletronegativos é preferível.

Para ver como estas orientações se aplicam, considere algumas estruturas possíveis para o dióxido de carbono, CO₂. Sabe-se que o átomo menos eletronegativo normalmente ocupa a posição central, mas as cargas formais ajudam a entender por que isso ocorre. Podem ser desenhadas três possibilidades para a estrutura: o carbono no centro com duas ligações duplas, o carbono no centro com uma ligação simples e uma tripla, e o oxigénio no centro com ligações duplas. 

Ao comparar as três cargas formais, a estrutura à esquerda pode ser identificada como preferível, uma vez que só tem cargas formais de zero.

Como outro exemplo, o ião tiocianato, um ião formado a partir de um átomo de carbono, um átomo de azoto, e um átomo de enxofre, poderia ter três estruturas moleculares diferentes: NCS–, CNS–, ou CSN–. As cargas formais presentes em cada uma dessas estruturas moleculares podem ajudar a escolher o arranjo mais provável de átomos. Possíveis estruturas de Lewis e as cargas formais para cada uma das três estruturas possíveis para o ião tiocianato são - carbono no centro com ligações duplas, azoto no centro com ligações duplas, e enxofre no centro com ligações duplas. 

Note que a soma das taxas formais em cada caso é igual à carga do ião (–1). No entanto, o primeiro arranjo de átomos com carbono no centro é preferido porque tem o menor número de átomos com cargas formais diferentes de zero. Além disso, coloca o átomo menos eletronegativo no centro e a carga negativa no elemento mais eletronegativo.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Chapter 7.4 Formal Charges and Resonance.