- Calcule a carga formal do nitrogênio em NO3-.
Passo 1
O enunciado pede: calcular a carga formal do nitrogênio no íon nitrato,
.
Informações relevantes dadas:
- Fórmula do íon:
(um átomo de nitrogênio e três de oxigênio). - Carga total do íon:
.
Passo 2
Primeiro precisamos saber quantos elétrons de valência existem no íon, porque isso orienta a construção da estrutura de Lewis.
Contagem de elétrons de valência (peguei os números das configurações eletrônicas padrões dos átomos):
- Nitrogênio:
elétrons de valência. - Oxigênio:
elétrons de valência cada. - Como o íon tem carga
, há um elétron extra no total.
Portanto o total de elétrons de valência é
Passo 3
Montagem da estrutura de Lewis (passo a passo, explicando raciocínio):
-
Esqueleto: colocar o
no centro ligado aos três porque é menos eletronegativo que . Começamos com três ligações simples . Cada ligação simples usa elétrons, então as três ligações usam elétrons. Restam elétrons. -
Completar octetos nos oxigênios com pares isolados: cada oxigênio ligado por ligação simples precisa de mais
elétrons (três pares) para completar o octeto. Três oxigênios precisam de elétrons — exatamente os que restavam. Após isso todos os oxigênios têm octeto, mas o nitrogênio tem apenas elétrons (três ligações simples) — está com octeto incompleto. -
Resolver o octeto do nitrogênio formando uma ligação dupla: pega-se um par isolado de um dos oxigênios e transforma-se em ligação dupla com o nitrogênio, resultando em uma estrutura onde N forma uma ligação dupla com um oxigênio e ligações simples com os outros dois. Agora todos têm octeto.
Observação importante: existem três formas equivalentes (ressonantes) dessa estrutura, porque qualquer um dos três oxigênios pode ser o que forma a dupla com o nitrogênio. Na estrutura real as ligações são equivalentes por ressonância, mas para calcular cargas formais é suficiente analisar uma das estruturas de ressonância.
Passo 4
Definição e fórmula da carga formal (explicando cada termo):
A carga formal de um átomo em uma estrutura de Lewis é dada por
A carga formal de um átomo em uma estrutura de Lewis é dada por
onde:
-
é o número de elétrons de valência do átomo isolado (ex.: para , para ); -
é o número de elétrons não-ligantes (pares isolados) atribuídos ao átomo na estrutura de Lewis; -
é o número total de elétrons que participam de ligações com esse átomo (cada ligação simples contribui com 2 elétrons, uma dupla com 4, etc.). A fórmula usa metade desses elétrons porque, em uma ligação, a metade é “contada” para cada átomo.
Essa fórmula é uma contagem prática que não representa carga real medida, mas é muito útil para decidir qual arranjo de elétrons é mais razoável.
Passo 5
Aplicando a fórmula ao nitrogênio na estrutura escolhida:
Na estrutura com uma dupla ligação e duas simples (uma das estruturas de ressonância):
- Para o nitrogênio:
. - Elétrons não-ligantes em N:
(o N não tem pares isolados nessa estrutura). - Elétrons ligantes ao redor de N: há uma ligação dupla (
elétrons) e duas ligações simples ( elétrons), total .
Agora calculamos:
Passo 6
Cheque rápido (opcional, mas útil para ver consistência com a carga total):
- Oxigênio com dupla ligação:
, (dois pares), → . - Cada oxigênio com ligação simples:
, (três pares), → .
Somando as cargas formais de uma das estruturas de ressonância:
, que coincide com a carga total do íon — sinal de consistência.
Passo 7
Interpretação final e dica para prova:
- Em todas as estruturas de ressonância do
o nitrogênio sempre aparece com carga formal . A ressonância apenas distribui a carga negativa entre os oxigênios, mas não altera a carga formal do nitrogênio. - Na prova, para calcular carga formal faça sempre: conte elétrons de valência do átomo isolado, conte pares isolados no átomo na estrutura, conte elétrons nas ligações ao átomo, e aplique a fórmula. Isso é rápido e evita erros.