14- Considere a molécula de NNO (em que um átomo de nitrogênio é o átomo central), e que os átomos se ligam na sequência fornecida
a) Apresente as três possíveis estruturas de ressonância para esta molécula.
Estrutura 1
Estrutura 2
Estrutura 3
b) Calcule a carga formal (CF), de cada átomo, para cada uma das estruturas e indique a estrutura dominante.
CF
Estrutura 1
Estrutura 2
Estrutura 3
N extremidade
N central
O
Estrutura dominante:
a) Apresente as três possíveis estruturas de ressonância para esta molécula.
| Estrutura 1 | Estrutura 2 | Estrutura 3 |
| CF | Estrutura 1 | Estrutura 2 | Estrutura 3 |
| N extremidade | |||
| N central | |||
| O |
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
- (a) Apresentar as três possíveis estruturas de ressonância para a molécula com a sequência de átomos
(átomo central é o segundo nitrogênio). - (b) Calcular a carga formal (CF) de cada átomo em cada estrutura e indicar qual estrutura é a dominante.
Informações dadas e suposições usadas:
- Sequência dos átomos:
. - Não foi dada carga total da molécula, então assumimos que a molécula é neutra (carga total
). - Números de elétrons de valência (usados ao calcular CF):
, .
Passo 2
Primeiro, conto os elétrons de valência totais para fazer as estruturas de Lewis:
Explicação curta (útil na prova): cada ligação simples consome
elétrons; ao montar estruturas, usar as ligações e depois distribuir pares isolados até completar os octetos. Depois calculamos carga formal para comparar as estruturas.
Passo 3
Vou explicar como calcular a carga formal (CF) porque isso é essencial para decidir quais ressonâncias são mais importantes.
Fórmula da carga formal:
Fórmula da carga formal:
onde:
-
é o número de elétrons de valência do átomo isolado ( ), -
é o número de elétrons não-ligantes (pares isolados) no átomo, -
é o número de elétrons que participam em ligações ao redor desse átomo (soma de todos os elétrons em ligações com esse átomo).
Interpretação prática: conta-se os elétrons que “pertencem” ao átomo (pares isolados + metade dos elétrons de ligação) e subtrai do nº de elétrons de valência. Lembre-se: estruturas com cargas formais pequenas (0, ±1) e com carga negativa em átomo mais eletronegativo (aqui
) tendem a ser mais estáveis/dominantes.
Passo 4
Proponho a primeira estrutura com ligação tripla entre
e
e ligação simples entre
e
:
Distribuição de elétrons (contagem):
- Ligações:
(3 ligações = 6 elétrons) e (1 ligação = 2 elétrons). Total em ligações = elétrons. - Restam
elétrons para pares isolados.
Colocação dos pares isolados para satisfazer octetos: -
: já tem 3 ligações (6 elétrons), precisa de 1 par isolado (2 elétrons) para completar o octeto. -
: já tem 4 ligações (3 com N_ext + 1 com O) totalizando 8 elétrons em ligações → nenhum par isolado. -
: com ligação simples precisa de 3 pares isolados (6 elétrons) para completar octeto.
Isso usaelétrons isolados restantes, OK.
Agora calculo as cargas formais usando a fórmula:
- Para
: .
- Para
: .
- Para
: .
Resumo Estrutura 1:
.
Passo 5
Proponho agora a estrutura com duas ligações duplas:
Distribuição de elétrons:
- Ligações: duas duplas
elétrons em ligações. - Restam
elétrons para pares isolados.
Colocação dos pares: -
com dupla ligação precisa de 2 pares isolados (4 elétrons) para completar octeto. -
tem duas duplas (4 ligações) → sem pares isolados. -
com dupla ligação precisa de 2 pares isolados (4 elétrons).
Total de pares isolados usados— OK.
Cálculo das CF:
-
: .
-
: .
-
: .
Resumo Estrutura 2:
.
Passo 6
A terceira possibilidade é ter ligação simples
e tripla
:
Distribuição de elétrons:
- Ligações: simples (2 e) + tripla (6 e) = 8 elétrons em ligações.
- Restam
elétrons para pares isolados.
Colocação dos pares para octetos: -
: com ligação simples precisa de 3 pares isolados (6 elétrons). -
: ligado com 4 ligações (1 simples + 3 da tripla) → sem pares isolados. -
: com tripla ligação precisa de 1 par isolado (2 elétrons).
Total usadoelétrons — OK.
Cálculo das CF:
-
: .
-
: .
-
: .
Resumo Estrutura 3:
.
Passo 7
Comparação das estruturas e escolha da dominante (explicação didática, estilo “na prova” e com empatia):
- Critérios de estabilidade de ressonância que usamos habitualmente:
- Estruturas com cargas formais menores em magnitude (
) são preferidas. - Carga negativa em átomo mais eletronegativo é mais favorável (aqui
é mais eletronegativo que ). - Menos separação de carga formal costuma ser melhor, e evitar cargas múltiplas (-2, +2 etc.) é desejável.
- Estruturas com cargas formais menores em magnitude (
- Avaliando cada estrutura:
- Estrutura 1: CFs
. Apenas ±1, e a carga negativa está em (átomo mais eletronegativo) — muito favorável. - Estrutura 2: CFs
. Também só ±1, mas a carga negativa está num nitrogênio terminal (menos favorável que colocar no oxigênio). - Estrutura 3: CFs
. Tem uma carga -2 em (alta magnitude e em átomo menos eletronegativo), além de cargas +1 espalhadas — essa é claramente a menos favorável.
- Estrutura 1: CFs
- Conclusão: a Estrutura 1 é a dominante porque coloca a carga negativa em
(preferido) e mantém magnitudes de CF pequenas; Estrutura 2 contribui também, mas com menos importância; Estrutura 3 contribui muito pouco.
Resposta
Estrutura 1:
Estrutura 2:
Estrutura 3:
Estrutura dominante:
Estrutura 2:
Estrutura 3:
Estrutura dominante: