28- (Chang 2013) O isocianato de metila (
) é usado para produzir certos pesticidas. Em dezembro de 1984, em uma indústria química, houve infiltração de água em um tanque contento essa substância. Como resultado, formou-se uma nuvem tóxica que
matou milhares de pessoas em Bopal, Índia. Desenhe estruturas de Lewis para
, mostrando as cargas formais.
matou milhares de pessoas em Bopal, Índia. Desenhe estruturas de Lewis para
Passo 1
O que o enunciado pede: desenhar as estruturas de Lewis para
mostrando as cargas formais.
Informações dadas e que precisamos usar: a fórmula molecular . Não há figura nem restrição extra, então devemos decidir a conectividade dos átomos a partir da química conhecida (grupo isocianato). Lista de átomos e elétrons de valência que temos que considerar (apenas identificação aqui, sem calcular ainda):
,
,
,
.
A resolução começa no próximo passo.
Informações dadas e que precisamos usar: a fórmula molecular
A resolução começa no próximo passo.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (passo obrigatoriamente inicial para qualquer estrutura de Lewis). Vamos somar os elétrons de valência de cada átomo de
:
Então temos
elétrons de valência para distribuir nas ligações e pares isolados.
Passo 3
Escolha da conectividade (esqueleto). O grupo funcional “isocianato” tem a conectividade típica
. Para
a conectividade razoável (e a mais conhecida) é:
Não há alternativa óbvia com átomo isolado; esta conectividade coloca o nitrogênio ligado ao radical metila e ao carbono carbonílico, formando a sequência
.
Passo 4
Desenhar as ligações simples iniciais e contar os elétrons usados em ligações. Cada ligação simples usa
elétrons. Na conectividade escolhida temos:
- três ligações
no grupo : elétrons; - uma ligação
: elétrons; - uma ligação dupla
: elétrons (se formos já supor dupla N=C); - uma ligação dupla
: elétrons.
Somando os elétrons colocados em ligações:
Elétrons restantes para pares isolados:
Passo 5
Distribuir os elétrons restantes para completar octetos, dando prioridade aos átomos mais eletronegativos (oxigênio primeiro). O oxigênio ligado ao carbono (
) já participa de uma dupla ligação (4 elétrons ligados). Para completar o octeto, o oxigênio precisa de mais
elétrons (dois pares). Atribuímos dois pares ao oxigênio: isso usa
dos
elétrons restantes. Restam
elétrons (um par) que devem ir preferencialmente ao nitrogênio (próximo átomo exterior que precisa completar seu octeto).
Agora vamos checar os octetos:
- Oxigênio: tem 4 elétrons da dupla ligação
4 elétrons dos dois pares isolados = 8 elétrons → octeto ok. - Carbono central (
): ligado por duas duplas (uma com N e uma com O) → 8 elétrons ao todo → octeto ok. - Nitrogênio: ligado por uma simples ao
(2 elétrons) e por uma dupla ao carbono central (4 elétrons) → 6 elétrons em ligações; recebeu 1 par isolado (2 elétrons) → total 8 → octeto ok. - Carbono do
: tem 3 ligações C–H e 1 ligação C–N → 8 elétrons → octeto ok. - Hidrogênios: cada H tem 2 elétrons na ligação C–H → ok.
Portanto, com uma dupla N=C e uma dupla C=O, e com N contendo um par isolado e O contendo dois pares isolados, todos têm octeto (exceto Hs, que têm duetos).
Passo 6
Calcular cargas formais para verificar estabilidade. Fórmula da carga formal:
onde
é o número de elétrons de valência do átomo isolado.
Vamos calcular átomo a átomo:
- Para o oxigênio (
): . Não-compartilhados = elétrons (dois pares). Compartilhados = elétrons (dupla ligação) ⇒ metade = .
- Para o carbono central (
): . Não-compartilhados = . Compartilhados = elétrons (duas duplas) ⇒ metade = .
- Para o nitrogênio (
): . Não-compartilhados = elétrons (um par). Compartilhados = elétrons (uma simples + uma dupla = 3 ligações) ⇒ metade = .
- Para o carbono do metila (
): . Não-compartilhados = . Compartilhados = elétrons (três C–H + C–N) ⇒ metade = .
- Hidrogênios: cada H tem
, não-compartilhados , compartilhados ⇒ FC .
Conclusão: todos os átomos têm carga formal
. Esta é uma estrutura muito favorável (cargas formais mínimas).
Passo 7
Verificação de possíveis estruturas ressonantes e porque a estrutura dada é a melhor. Uma alternativa possível seria tentar um esquema com N≡C–O (i.e., nitrogênio com tripla ligação ao carbono e uma ligação simples C–O), mas isso move elétrons para o oxigênio e normalmente gera cargas formais: na alternativa
o oxigênio teria carga negativa e o nitrogênio carga positiva (ou outras combinações com cargas não nulas). Calculando formalmente, essas alternativas gerariam cargas formais diferentes de zero e um íon no oxigênio, sendo menos estáveis que a estrutura limpíssima que encontramos (todas cargas zero). Portanto a estrutura com
, N com um par isolado e O com dois pares isolados, é a representação de Lewis adequada e preferível.
Passo 8
Escrever a estrutura final de Lewis de forma clara, indicando pares isolados e cargas formais. Em palavras e símbolos (toda a matemática e fórmulas em TeX):
Ligação e pares isolados:
Descrição: o nitrogênio (
) tem um par isolado (um par de elétrons não compartilhado). O oxigênio (
) tem dois pares isolados (dois pares de elétrons não compartilhados). Todas as ligações estão mostradas como
,
e
. As cargas formais em todos os átomos são
.