1. Calcule a carga formal do nitrogênio em NO3-.

Passo 1

O enunciado pede: calcular a carga formal do nitrogênio no íon nitrato, \mathrm{NO_3^-}.
Informações relevantes dadas:
  • Fórmula do íon: \mathrm{NO_3^-} (um átomo de nitrogênio e três de oxigênio).
  • Carga total do íon: -1.

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: 5 elétrons de valência.
  • Oxigênio: 6 elétrons de valência cada.
  • Como o íon tem carga -1, há um elétron extra no total.
Portanto o total de elétrons de valência é
5 + 3\cdot 6 + 1 = 24.

Passo 3

Montagem da estrutura de Lewis (passo a passo, explicando raciocínio):
  1. Esqueleto: colocar o \mathrm{N} no centro ligado aos três \mathrm{O} porque \mathrm{N} é menos eletronegativo que \mathrm{O}. Começamos com três ligações simples \mathrm{N{-}O}. Cada ligação simples usa 2 elétrons, então as três ligações usam 3\cdot 2 = 6 elétrons. Restam 24-6=18 elétrons.
  2. Completar octetos nos oxigênios com pares isolados: cada oxigênio ligado por ligação simples precisa de mais 6 elétrons (três pares) para completar o octeto. Três oxigênios precisam de 3\cdot 6 = 18 elétrons — exatamente os que restavam. Após isso todos os oxigênios têm octeto, mas o nitrogênio tem apenas 6 elétrons (três ligações simples) — está com octeto incompleto.
  3. 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
\text{FC} = V - N_{\text{não-ligantes}} - \tfrac{1}{2}N_{\text{ligantes}},ã
onde:
  • V é o número de elétrons de valência do átomo isolado (ex.: V=5 para \mathrm{N}, V=6 para \mathrm{O});
  • N_{\text{não-ligantes}}ã é o número de elétrons não-ligantes (pares isolados) atribuídos ao átomo na estrutura de Lewis;
  • N_{\text{ligantes}} 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: V=5.
  • Elétrons não-ligantes em N: N_{\text{não-ligantes}}=0ã (o N não tem pares isolados nessa estrutura).
  • Elétrons ligantes ao redor de N: há uma ligação dupla ( 4 elétrons) e duas ligações simples ( 2+2 elétrons), total N_{\text{ligantes}}=8.
Agora calculamos:
\text{FC}( \mathrm{N} ) = 5 - 0 - \tfrac{1}{2}\cdot 8 = 5 - 4 = +1.

Passo 6

Cheque rápido (opcional, mas útil para ver consistência com a carga total):
  • Oxigênio com dupla ligação: V=6, N_{\text{não-ligantes}}=4ã (dois pares), N_{\text{ligantes}}=4 \text{FC}=6-4-\tfrac{1}{2}\cdot4=0.
  • Cada oxigênio com ligação simples: V=6, N_{\text{não-ligantes}}=6ã (três pares), N_{\text{ligantes}}=2 \text{FC}=6-6-\tfrac{1}{2}\cdot2=-1.
Somando as cargas formais de uma das estruturas de ressonância: +1 + 0 + (-1) + (-1) = -1, 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 \mathrm{NO_3^-} o nitrogênio sempre aparece com carga formal +1. 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.

Resposta

+1

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