Cálculo da carga formal

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Se houver dúvidas sobre a estrutura de certa molécula e se ela segue a regra do octeto, basta calcular a carga formal dos átomos.

Visto que existem muitas exceções à regra do octeto, como podemos saber qual é o arranjo entre os átomos de determinada molécula que está correto? Como saber se uma molécula segue ou não a regra do octeto? Para solucionar esse problema, basta realizar o cálculo da carga formal dos átomos nas moléculas que estamos com dúvida.

A carga formal de um átomo é a carga que ele teria se as ligações fossem perfeitamente covalentes e o átomo tivesse exatamente a metade dos elétrons compartilhados nas ligações. Em outras palavras, considera-se o número de elétrons que o átomo deveria ter na molécula, o que inclui os elétrons compartilhados e os pares de elétrons isolados (não ligantes).

Assim, a diferença entre esse número de elétrons que o átomo deveria ter na molécula e o número de elétrons de valência do átomo livre é a carga formal. Isso pode ser expresso por meio da seguinte fórmula matemática:

Carga formal = V - (L + ½ S)

V = quantidade de elétrons de valência do átomo livre;
L = quantidade de elétrons presentes nos pares isolados (não ligantes) do átomo na estrutura;
S = quantidade de elétrons compartilhados pelo átomo na estrutura.

Depois de realizar esse cálculo, a carga formal que estiver mais próxima de zero será a que possui maior probabilidade de existência real.

Por exemplo, imagine que você quer determinar a fórmula eletrônica de Lewis do dióxido de carbono (CO2). Considere as seguintes possibilidades de estrutura de Lewis para essa molécula:

Exemplo para cálculo da carga formal
Exemplo para cálculo da carga formal

Qual dessas duas possibilidades corresponde à estrutura real?

Vamos realizar o cálculo da carga formal para cada átomo nas duas estruturas. Veja:

1ª Possibilidade: O = CO

Oxigênio:

Dados:
V = 6 (a valência livre do oxigênio é essa porque ele pertence à família 16);
L = 4 (existem quatro elétrons não ligantes para esse oxigênio na estrutura 1);
S = 4 (quatro elétrons foram compartilhados com o carbono).

Aplicando na fórmula da carga formal, temos:

CO = V – (L + ½ S)
CO = 6 – (4 + ½ 4)
CO = 6 – (4 + 2)
CO = 0

Carbono:

Dados:
V = 4 (a valência livre do carbono é essa porque ele pertence à família 14);
L = zero (não existe elétron não ligante para o carbono nessa estrutura);
S = 8 (oito elétrons foram compartilhados com os dois oxigênios).

Aplicando na fórmula da carga formal, temos:

CC = V – (L + ½ S)
CC = 4 – (0 + ½ 8)
CC = 4 – 4
CC = 0

Oxigênio:

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Dados:
V = 6 (a valência livre do oxigênio é essa porque ele pertence à família 16);
L = 4 (existem quatro elétrons não ligantes para esse oxigênio na estrutura 1);
S = 4 ( quatro elétrons foram compartilhados com o carbono).

Aplicando na fórmula da carga formal, temos:

CO = V – (L + ½ S)
CO = 6 – (4 + ½ 4)
CO = 6 – (4 + 2)
CO = 0

Veja que todos os valores da carga formal para os átomos dessa estrutura deram iguais a zero.

Agora vamos realizar o cálculo da carga formal para os átomos na estrutura 2:

2ª Possibilidade: OOC

Oxigênio:

Dados:
V = 6 (a valência livre do oxigênio é essa porque ele pertence à família 16);
L = 4 (existem quatro elétrons não ligantes para esse oxigênio na estrutura 2);
S = 4 (quatro elétrons foram compartilhados com o outro átomo de oxigênio).

Aplicando na fórmula da carga formal, temos:

CO = V – (L + ½ S)
CO = 6 – (4 + ½ 4)
CO = 6 – (4 + 2)
CO = 0

Oxigênio:

Dados:
V = 6 (a valência livre do oxigênio é essa porque ele pertence à família 16);
L = 2 (existem dois elétrons não ligantes para esse oxigênio na estrutura 2);
S = 8 (oito elétrons foram compartilhados com o carbono e com o outro átomo de oxigênio).

Aplicando na fórmula da carga formal, temos:

CO = V – (L + ½ S)
CO = 6 – (2 + ½ 8)
CO = 6 – (2 + 4)
CO = 0

Carbono:

Dados:
V = 4 (a valência livre do carbono é essa porque ele pertence à família 14);
L = 2 (existem dois elétrons não ligantes para o carbono nessa estrutura);
S = 2 (dois elétrons foram compartilhados com o oxigênio).

Aplicando na fórmula da carga formal, temos:

CC = V – (L + ½ S)
CC = 4 – (2 + ½ 2)
CC = 4 – (2 +1)
CC = -1

Observe que, na estrutura 2, o valor do carbono deu igual a -1. Portanto, essa estrutura está descartada. A opção que retrata o arranjo real da molécula é a 1ª possibilidade.

Podemos concluir também que a molécula do dióxido de carbono segue a regra do octeto, pois todos os seus átomos ficaram estáveis com oito elétrons na camada de valência.

Nesse exemplo, os valores das cargas formais de todos os átomos na estrutura 1 deram exatamente iguais a zero. Entretanto, lembre-se de que não será assim em todos os casos. Por isso, você deve considerar os valores que estiverem mais próximos de zero.


Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

Veja neste texto como o cálculo da carga formal ajuda a prever a estrutura do dióxido de carbono
Veja neste texto como o cálculo da carga formal ajuda a prever a estrutura do dióxido de carbono
Por Jennifer Rocha Vargas Fogaça

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