Dê a carga formal apropriada para cada átomo:
N

Passo 1

O enunciado pede: “Dê a carga formal apropriada para cada átomo” da molécula representada pelo SMILES CN\text{(C)}C\text{(C)}\text{(C)}C.
Informações relevantes que posso extrair do SMILES (expliquei a partir da cadeia dada):
  • 1 átomo de nitrogênio, que está ligado a três carbonos.
  • 6 átomos de carbono no total: dois carbonos metílicos ligados diretamente ao nitrogênio (vou chamar de \mathrm{C_1} e \mathrm{C_2}), um carbono central ligado ao nitrogênio e a três metilos (vou chamar de \mathrm{C_3}), e três carbonos metílicos ligados a \mathrm{C_3} (vou chamar de \mathrm{C_4}, \mathrm{C_5} e \mathrm{C_6}).
  • Os hidrogênios estão todos em grupos metílicos: 5 grupos metílicos no total ( \mathrm{C_1},\mathrm{C_2},\mathrm{C_4},\mathrm{C_5},\mathrm{C_6}), cada um com 3 hidrogênios, totalizando 15 hidrogênios.
  • Em suma: átomos relevantes para dar carga formal: \mathrm{N}, \mathrm{C_1},\mathrm{C_2},\mathrm{C_3},\mathrm{C_4},\mathrm{C_5},\mathrm{C_6} e os 15 \mathrm{H}.
    A tarefa agora é calcular a carga formal de cada um desses átomos.

Passo 2

Vamos aprender a fórmula para calcular carga formal e o que cada termo significa. A carga formal (que vou chamar de \text{FC}) é dada por:
\text{FC} = V - N - \frac{B}{2}
onde:
  • V é o número de elétrons de valência do átomo neutro isolado (por exemplo, V=1 para \mathrm{H}, V=4 para \mathrm{C}, V=5 para \mathrm{N}).
  • N é o número de elétrons não ligantes (elétrons em pares isolados ou lone pairs) que estão no átomo na estrutura. Cada par conta como 2 elétrons.
  • B é o número total de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (cada ligação simples contribui com 2 elétrons, dupla com 4, etc.). Note que na prática costumamos contar o número de ligações e multiplicar por 2 para obter B.
    Interpretação rápida: \frac{B}{2} representa os elétrons “emprestados” ao átomo por compartilhamento (metade dos elétrons de ligação). Assim a fórmula compara quantos elétrons o átomo “tem de fato” na molécula com quantos ele teria isolado.

Passo 3

Calculando para um hidrogênio típico ( \mathrm{H}) dos grupos metílicos. Para \mathrm{H}:
  • V=1 (um elétron de valência),
  • não há pares isolados no hidrogênio, então N=0,
  • o hidrogênio faz uma ligação simples (uma ligação H–C), então B=2.
    Aplicando a fórmula:
\text{FC} = 1 - 0 - \frac{2}{2} = 1 - 1 = 0.
Conclusão: cada hidrogênio tem carga formal \,0.

Passo 4

Calculando para um carbono metílico (por exemplo \mathrm{C_1}, que está ligado a \mathrm{N} e a três \mathrm{H}). Para esse carbono metílico:
  • V=4,
  • não há pares isolados em carbonos típicos, então N=0,
  • faz quatro ligações simples (três C–H e uma C–N), então B=4\times 2=8.
    Aplicando a fórmula:
\text{FC} = 4 - 0 - \frac{8}{2} = 4 - 4 = 0.
Conclusão: todo carbono metílico (cada um de \mathrm{C_1},\mathrm{C_2},\mathrm{C_4},\mathrm{C_5},\mathrm{C_6}) tem carga formal \,0.

Passo 5

Calculando para o carbono central quaternário \mathrm{C_3} (ligado ao nitrogênio e a três carbonos metílicos, sem hidrogênios). Para \mathrm{C_3}:
  • V=4,
  • N=0 (nenhum par isolado),
  • faz quatro ligações simples (uma C–N e três C–C), então B=4\times 2=8.
    Aplicando a fórmula:
\text{FC} = 4 - 0 - \frac{8}{2} = 4 - 4 = 0.
Conclusão: \mathrm{C_3} tem carga formal \,0.

Passo 6

Calculando para o nitrogênio terciário ( \mathrm{N}), que está ligado a três carbonos e possui um par eletrônico livre (lone pair). Para \mathrm{N}:
  • V=5 (elétrons de valência do nitrogênio),
  • há um par isolado no nitrogênio, então N=2,
  • faz três ligações simples (três N–C), então B=3\times 2=6.
    Aplicando a fórmula:
\text{FC} = 5 - 2 - \frac{6}{2} = 5 - 2 - 3 = 0.
Conclusão: o nitrogênio também tem carga formal \,0.

Passo 7

Resumo e interpretação final dos cálculos: todos os hidrogênios têm carga formal \,0; todos os carbonos (os cinco metílicos e o central quaternário) têm carga formal \,0; o nitrogênio terciário tem carga formal \,0. Isso faz sentido pois estamos diante de uma amina terciária simples (sem íons) — a molécula é neutra e não há átomos com cargas formais diferentes de zero na representação padrão.

Resposta

\mathrm{N}:\\\ 0
\mathrm{C_1}:\\\ 0
\mathrm{C_2}:\\\ 0
\mathrm{C_3}:\\\ 0
\mathrm{C_4}:\\\ 0
\mathrm{C_5}:\\\ 0
\mathrm{C_6}:\\\ 0
cada \mathrm{H}:\\\ 0

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