Determine a carga formal de todos os elementos que compõem as seguintes moléculas e íons
f. H3 PO4

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você me pediu para determinar a carga formal de cada elemento na molécula de H3PO4, que é o ácido fosfórico. Isso envolve entender conceitos como carga formal, estruturas de Lewis e distribuição de elétrons nos átomos. Vamos precisar saber quantos elétrons cada átomo tem na camada de valência e como eles estão ligados na molécula. Vamos destrinchar isso passo a passo!

Passo 2

Primeiro, vamos identificar o número de elétrons de valência que cada átomo traz. A valência é a capacidade de um átomo de formar ligações, baseada no número de elétrons na sua camada mais externa.
  • Hidrogênio (H): Cada átomo de H tem 1 elétron de valência.
  • Fósforo §: O fósforo tem 5 elétrons de valência.
  • Oxigênio (O): Cada átomo de O tem 6 elétrons de valência.
Como temos 3 hidrogênios e 4 oxigênios, vamos calcular o total:
  • H: 3 times 1 = 3 elétrons
  • P: 5 elétrons
  • O: 4 times 6 = 24 elétrons
Total de elétrons de valência na molécula: 3 + 5 + 24 = 32 elétrons.

Passo 3

Agora, precisamos desenhar a estrutura de Lewis para H3PO4. A estrutura de Lewis nos ajuda a visualizar como os elétrons estão distribuídos entre os átomos.
  1. Átomo central: Geralmente, o átomo com mais elétrons de valência é o central. Aqui, é o fósforo §.
  2. Ligação com o hidrogênio: Cada hidrogênio forma uma ligação simples (um par de elétrons compartilhado) com o fósforo.
  3. Ligação com o oxigênio: O fósforo vai se ligar aos oxigênios, mas precisamos distribuir os elétrons de forma que todos os átomos, especialmente os oxigênios, completem suas camadas de valência.
Depois de distribuir os elétrons, a estrutura básica fica assim:
      O
      |
H - O - P - O - H
      |
      O - H
Alguns dos oxígenos têm ligações duplas com o fósforo para completar os elétrons necessários.

Passo 4

Vamos agora calcular a carga formal de cada átomo. A carga formal é uma maneira de verificar se a distribuição de elétrons na estrutura de Lewis está correta. A fórmula para calcular a carga formal é:
Carga formal = (Elétrons de valência do átomo) - (Elétrons não compartilhados) - 12(Elétrons compartilhados) éêáéãé
Vamos aplicar isso a cada tipo de átomo na molécula.
  1. Fósforo §:
    • Elétrons de valência: 5
    • Elétrons não compartilhados: 0 (pois todas as ligações são compartilhadas)
    • Elétrons compartilhados: 8 (ligação com 4 oxígenos: 2 elétrons cada)
    Carga formal do P = 5 - 0 - 82 = 5 - 4 = +1
  2. Oxigênios com ligações duplas:
    • Elétrons de valência: 6
    • Elétrons não compartilhados: 4
    • Elétrons compartilhados: 4
    Carga formal do O = 6 - 4 - 42 = 6 - 4 - 2 = 0
  3. Oxigênios com ligações simples (ligados a hidrogênios):
    • Elétrons de valência: 6
    • Elétrons não compartilhados: 6
    • Elétrons compartilhados: 2
    Carga formal do O = 6 - 6 - 22 = 6 - 6 - 1 = -1
  4. Hidrogênios (H):
    • Elétrons de valência: 1
    • Elétrons não compartilhados: 0
    • Elétrons compartilhados: 2
    Carga formal do H = 1 - 0 - 22 = 1 - 1 = 0

Resposta

As cargas formais na molécula de H3PO4 são:
  • Fósforo §: +1
  • Oxigênios com ligações duplas: 0
  • Oxigênios com ligações simples: -1 cada
  • Hidrogênios (H): 0

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