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: \_ \_ \_ \_

Passo 1

O enunciado pede duas coisas:
  • (a) Apresentar as três possíveis estruturas de ressonância para a molécula com a sequência de átomos \mathrm{N - N - O} (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: \mathrm{N_{ext} - N_{cent} - O}.
  • Não foi dada carga total da molécula, então assumimos que a molécula é neutra (carga total 0).
  • Números de elétrons de valência (usados ao calcular CF): \mathrm{N}=5, \mathrm{O}=6.

Passo 2

Primeiro, conto os elétrons de valência totais para fazer as estruturas de Lewis:
\text{Elétrons totais} = 5(\mathrm{N_{ext}}) + 5(\mathrm{N_{cent}}) + 6(\mathrm{O}) = 5+5+6 = 16.é
Explicação curta (útil na prova): cada ligação simples consome 2 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:
\text{CF} = V - (N_{nb} + \tfrac{1}{2}N_{b})
onde:
  • V é o número de elétrons de valência do átomo isolado ( \mathrm{N}=5,\\ \mathrm{O}=6),
  • N_{nb} é o número de elétrons não-ligantes (pares isolados) no átomo,
  • N_{b} 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 \mathrm{O}) tendem a ser mais estáveis/dominantes.

Passo 4

Proponho a primeira estrutura com ligação tripla entre \mathrm{N_{ext}} e \mathrm{N_{cent}} e ligação simples entre \mathrm{N_{cent}} e \mathrm{O}:
\text{Estrutura 1: }\mathrm{N_{ext}\equiv N_{cent}-O}
Distribuição de elétrons (contagem):
  • Ligações: \mathrm{N_{ext}\equiv N_{cent}} (3 ligações = 6 elétrons) e \mathrm{N_{cent}-O} (1 ligação = 2 elétrons). Total em ligações = 8 elétrons.
  • Restam 16-8=8 elétrons para pares isolados.
    Colocação dos pares isolados para satisfazer octetos:
  • \mathrm{N_{ext}}: já tem 3 ligações (6 elétrons), precisa de 1 par isolado (2 elétrons) para completar o octeto.
  • \mathrm{N_{cent}}: já tem 4 ligações (3 com N_ext + 1 com O) totalizando 8 elétrons em ligações → nenhum par isolado.
  • \mathrm{O}: com ligação simples precisa de 3 pares isolados (6 elétrons) para completar octeto.
    Isso usa 2 + 0 + 6 = 8 elétrons isolados restantes, OK.
Agora calculo as cargas formais usando a fórmula:
  • Para \mathrm{N_{ext}}: V=5,\\ N_{nb}=2,\\ N_{b}=6.
\text{CF}(\mathrm{N_{ext}})=5-(2+\tfrac{1}{2}\cdot 6)=5-(2+3)=0.
  • Para \mathrm{N_{cent}}: V=5,\\ N_{nb}=0,\\ N_{b}=8.
\text{CF}(\mathrm{N_{cent}})=5-(0+\tfrac{1}{2}\cdot 8)=5-4=+1.
  • Para \mathrm{O}: V=6,\\ N_{nb}=6,\\ N_{b}=2.
\text{CF}(\mathrm{O})=6-(6+\tfrac{1}{2}\cdot 2)=6-(6+1)=-1.
Resumo Estrutura 1: \mathrm{N_{ext}: 0,\\ N_{cent}: +1,\\ O: -1}.

Passo 5

Proponho agora a estrutura com duas ligações duplas:
\text{Estrutura 2: }\mathrm{N_{ext}=N_{cent}=O}
Distribuição de elétrons:
  • Ligações: duas duplas \Rightarrow 4+4=8 elétrons em ligações.
  • Restam 16-8=8 elétrons para pares isolados.
    Colocação dos pares:
  • \mathrm{N_{ext}} com dupla ligação precisa de 2 pares isolados (4 elétrons) para completar octeto.
  • \mathrm{N_{cent}} tem duas duplas (4 ligações) → sem pares isolados.
  • \mathrm{O} com dupla ligação precisa de 2 pares isolados (4 elétrons).
    Total de pares isolados usados 4+0+4=8 — OK.
Cálculo das CF:
  • \mathrm{N_{ext}}: V=5,\\ N_{nb}=4,\\ N_{b}=4.
\text{CF}(\mathrm{N_{ext}})=5-(4+\tfrac{1}{2}\cdot 4)=5-(4+2)=-1.
  • \mathrm{N_{cent}}: V=5,\\ N_{nb}=0,\\ N_{b}=8.
\text{CF}(\mathrm{N_{cent}})=5-(0+\tfrac{1}{2}\cdot 8)=5-4=+1.
  • \mathrm{O}: V=6,\\ N_{nb}=4,\\ N_{b}=4.
\text{CF}(\mathrm{O})=6-(4+\tfrac{1}{2}\cdot 4)=6-(4+2)=0.
Resumo Estrutura 2: \mathrm{N_{ext}:-1,\\ N_{cent}:+1,\\ O:0}.

Passo 6

A terceira possibilidade é ter ligação simples \mathrm{N_{ext}-N_{cent}} e tripla \mathrm{N_{cent}\equiv O}:
\text{Estrutura 3: }\mathrm{N_{ext}-N_{cent}\equiv O}
Distribuição de elétrons:
  • Ligações: simples (2 e) + tripla (6 e) = 8 elétrons em ligações.
  • Restam 16-8=8 elétrons para pares isolados.
    Colocação dos pares para octetos:
  • \mathrm{N_{ext}}: com ligação simples precisa de 3 pares isolados (6 elétrons).
  • \mathrm{N_{cent}}: ligado com 4 ligações (1 simples + 3 da tripla) → sem pares isolados.
  • \mathrm{O}: com tripla ligação precisa de 1 par isolado (2 elétrons).
    Total usado 6+0+2=8 elétrons — OK.
Cálculo das CF:
  • \mathrm{N_{ext}}: V=5,\\ N_{nb}=6,\\ N_{b}=2.
\text{CF}(\mathrm{N_{ext}})=5-(6+\tfrac{1}{2}\cdot 2)=5-(6+1)=-2.
  • \mathrm{N_{cent}}: V=5,\\ N_{nb}=0,\\ N_{b}=8.
\text{CF}(\mathrm{N_{cent}})=5-(0+\tfrac{1}{2}\cdot 8)=5-4=+1.
  • \mathrm{O}: V=6,\\ N_{nb}=2,\\ N_{b}=6.
\text{CF}(\mathrm{O})=6-(2+\tfrac{1}{2}\cdot 6)=6-(2+3)=+1.
Resumo Estrutura 3: \mathrm{N_{ext}:-2,\\ N_{cent}:+1,\\ O:+1}.

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:
    1. Estruturas com cargas formais menores em magnitude ( 0,\pm1) são preferidas.
    2. Carga negativa em átomo mais eletronegativo é mais favorável (aqui \mathrm{O} é mais eletronegativo que \mathrm{N}).
    3. Menos separação de carga formal costuma ser melhor, e evitar cargas múltiplas (-2, +2 etc.) é desejável.
  • Avaliando cada estrutura:
    • Estrutura 1: CFs \{0,\\\ +1,\\\ -1\}. Apenas ±1, e a carga negativa está em \mathrm{O} (átomo mais eletronegativo) — muito favorável.
    • Estrutura 2: CFs \{-1,\\\ +1,\\\ 0\}. Também só ±1, mas a carga negativa está num nitrogênio terminal (menos favorável que colocar no oxigênio).
    • Estrutura 3: CFs \{-2,\\\ +1,\\\ +1\}. Tem uma carga -2 em \mathrm{N_{ext}} (alta magnitude e em átomo menos eletronegativo), além de cargas +1 espalhadas — essa é claramente a menos favorável.
  • Conclusão: a Estrutura 1 é a dominante porque coloca a carga negativa em \mathrm{O} (preferido) e mantém magnitudes de CF pequenas; Estrutura 2 contribui também, mas com menos importância; Estrutura 3 contribui muito pouco.

Resposta

Estrutura 1: \mathrm{N_{ext}:0,\\ N_{cent}:+1,\\ O:-1}
Estrutura 2: \mathrm{N_{ext}:-1,\\ N_{cent}:+1,\\ O:0}
Estrutura 3: \mathrm{N_{ext}:-2,\\ N_{cent}:+1,\\ O:+1}
Estrutura dominante: \mathrm{Estrutura\\\ 1}

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