Considere os números atômicos: N=7, F=9. Desenhe as estruturas de Lewis (incluindo as estruturas de ressonância, se houver) para um composto contendo um átomo de flúor e um átomo de nitrogênio. (A estrutura deve obedecer a regra do octeto, se possível, senão, minimize a carga formal).
b) Calcule a carga formal para cada uma das estruturas

Passo 1

O que o enunciado pede e o que temos de dados (peguei os números atômicos fornecidos):
  • Foi dado N=7 e F=9. A informação útil aqui é o número de elétrons de valência:
    • Nitrogênio ( \mathrm{N}) tem 5 elétrons de valência.
    • Flúor ( \mathrm{F}) tem 7 elétrons de valência.
  • Queremos desenhar as estruturas de Lewis para um composto contendo um átomo de \mathrm{N} e um átomo de \mathrm{F}, incluindo eventuais estruturas de ressonância, obedecendo à regra do octeto se possível; se o octeto for impossível, devemos escolher a estrutura que minimize as cargas formais.
  • Também é pedido calcular a carga formal para cada uma das estruturas que desenharmos.

Passo 2

Plano de ação — como desenhar Lewis passo a passo (explicação didática):
  1. Contar elétrons de valência totais: somar os elétrons de valência de cada átomo.
  2. Unir os átomos por ligações simples inicialmente (cada ligação usa 2 elétrons).
  3. Distribuir os elétrons restantes como pares isolados (lone pairs) primeiro em átomos mais eletronegativos (aqui \mathrm{F}), depois no outro átomo.
  4. Verificar a regra do octeto: cada átomo (exceto H) tenta ter 8 elétrons ao redor contando elétrons de ligações e pares isolados. Se algum átomo não atingir o octeto, tentar múltiplas ligações (dupla, tripla) e reavaliar.
  5. Se o octeto não for possível para todos, escolher a(s) estrutura(s) que minimizem as cargas formais.
  6. Para cada estrutura calcular a carga formal com a fórmula didática: \text{carga formal (CF)} = V - \bigl(N_{\text{não-ligantes}} + \tfrac{1}{2}N_{\text{ligantes}}\bigr),ãonde V é o número de elétrons de valência do átomo, N_{\text{não-ligantes}}ã é o número de elétrons em pares isolados no átomo, e N_{\text{ligantes}} é o número total de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (contar todos os elétrons nas ligações, não apenas as contas das ligações).
  7. Não esquecer de que ressonância só existe quando há múltiplas maneiras equivalentes de distribuir os elétrons mantendo a conexão dos átomos; estruturas com ordens de ligação muito diferentes e cargas formais muito diferentes são contribuidores de menor peso.
Vou aplicar esse plano ao caso \mathrm{N} + \mathrm{F}.

Passo 3

Contagem de elétrons e montagem inicial:
  • Elétrons de valência totais: 5 (de \mathrm{N}) +\;7 (de \mathrm{F}) =\;12 elétrons.
  • Colocamos uma ligação simples \mathrm{N}-\mathrm{F}: isso usa 2 elétrons. Restam 12-2=10 elétrons para pares isolados.
  • Distribuir pares isolados: o flúor é mais eletronegativo, então preenche-se primeiro o \mathrm{F} com 3 pares isolados =6 elétrons. Restam 10-6=4 elétrons que irão para o \mathrm{N} como 2 pares isolados.
Resultado da distribuição (descrição da estrutura):
  • \mathrm{N}: tem 2 pares isolados ( 4 elétrons) e 1 ligação simples com \mathrm{F} (2 elétrons de ligação).
  • \mathrm{F}: tem 3 pares isolados ( 6 elétrons) e 1 ligação simples com \mathrm{N} (2 elétrons de ligação).
    Observação sobre o octeto: assim a \mathrm{F} tem 8 elétrons ao redor (ok). Mas \mathrm{N} tem apenas 6 elétrons ao redor ( 2 pares isolados + 1 ligação = 6), portanto \mathrm{N} NÃO alcança o octeto nessa estrutura.

Passo 4

Cálculo da carga formal para a estrutura com ligação simples (essa é a montagem do passo anterior):
  • Fórmula da carga formal reapresentada: \text{CF} = V - \bigl(N_{\text{não-ligantes}} + \tfrac{1}{2}N_{\text{ligantes}}\bigr).ã
  • Para \mathrm{N}:
    • V=5.
    • N_{\text{não-ligantes}}=4ã (dois pares isolados).
    • N_{\text{ligantes}}=2 (a ligação simples tem 2 elétrons).
    \text{CF}(\mathrm{N}) = 5 - \bigl(4 + \tfrac{1}{2}\cdot 2\bigr) = 5 - (4 + 1) = 0.
  • Para \mathrm{F}:
    • V=7.
    • N_{\text{não-ligantes}}=6ã (três pares isolados).
    • N_{\text{ligantes}}=2.
    \text{CF}(\mathrm{F}) = 7 - \bigl(6 + \tfrac{1}{2}\cdot 2\bigr) = 7 - (6 + 1) = 0.
Conclusão: na estrutura com ligação simples ambos os átomos têm carga formal 0. Essa estrutura minimiza as cargas formais (zero em ambos), embora o nitrogênio fique com seis elétrons (sexteto).

Passo 5

Explorar estruturas alternativas (dupla e tripla ligação) e calcular cargas formais para comparação:
  • Estrutura com dupla ligação \mathrm{N}=\mathrm{F}:
    • Ligações usam 4 elétrons; restam 12-4=8 elétrons para pares isolados.
    • Preencher \mathrm{F} com 3 pares isolados ( 6 elétrons); sobra 2 elétrons que ficam em \mathrm{N} como um par isolado.
    • Contagens: \mathrm{N} tem 1 par isolado ( 2 elétrons) e uma ligação dupla ( 4 elétrons ao todo); \mathrm{F} tem 3 pares isolados ( 6 elétrons) e a ligação dupla.
    • Cargas formais: \text{CF}(\mathrm{N}) = 5 - \bigl(2 + \tfrac{1}{2}\cdot 4\bigr) = 5 - (2 + 2) = +1,
\text{CF}(\mathrm{F}) = 7 - \bigl(6 + \tfrac{1}{2}\cdot 4\bigr) = 7 - (6 + 2) = -1.
  • Aqui \mathrm{N} continua com 6 elétrons (par isolado + ligação dupla = 6), então ainda não alcança octeto; as cargas formais são +1 em N e -1 em F.
  • Estrutura com tripla ligação \mathrm{N}\equiv\mathrm{F}:
    • Ligações usam 6 elétrons; restam 12-6=6 elétrons para pares isolados.
    • Colocar 3 pares em \mathrm{F} (6 elétrons); \mathrm{N} fica sem pares isolados.
    • Cargas formais: \text{CF}(\mathrm{N}) = 5 - \bigl(0 + \tfrac{1}{2}\cdot 6\bigr) = 5 - 3 = +2,
\text{CF}(\mathrm{F}) = 7 - \bigl(6 + \tfrac{1}{2}\cdot 6\bigr) = 7 - (6 + 3) = -2.
  • Também aqui \mathrm{N} tem apenas 6 elétrons e as cargas formais são maiores ( +2 e -2), portanto energeticamente bem desfavoráveis comparadas à ligação simples.

Passo 6

Decisão e justificativa final:
  • É impossível que ambos os átomos atinjam o octeto simultaneamente porque temos apenas 12 elétrons totais; para que ambos tivessem octeto seriam necessários 16 elétrons ao redor (contando cada átomo com 8), então a regra do octeto para ambos não pode ser satisfeita aqui.
  • Dado que não é possível cumprir o octeto para \mathrm{N}, aplicamos o critério de minimização de cargas formais. A estrutura com ligação simples ( \mathrm{N}-\mathrm{F}) dá cargas formais 0 em ambos os átomos e é, portanto, a representação de Lewis preferida.
  • Sobre ressonância: não há conjuntos de estruturas de ressonância equivalentes de energia comparável (resonância real) porque as outras possibilidades (dupla, tripla) têm cargas formais diferentes e mais altas; portanto, não existe ressonância significativa entre estruturas equivalentes. Podemos listar as estruturas alternativas (dupla e tripla) como contribuintes de muito menor peso, mas a melhor representação é a ligação simples neutra.

Resposta

Estrutura de Lewis preferida: ligação simples \mathrm{N}-\mathrm{F} com \mathrm{N} tendo 2 pares isolados e \mathrm{F} tendo 3 pares isolados (nitrogênio com sexteto, flúor com octeto).
Cargas formais:
  • Estrutura com ligação simples: \text{CF}(\mathrm{N})=0,\\ \text{CF}(\mathrm{F})=0.
  • Estrutura com ligação dupla ( \mathrm{N}=\mathrm{F}): \text{CF}(\mathrm{N})=+1,\\ \text{CF}(\mathrm{F})=-1.
  • Estrutura com ligação tripla ( \mathrm{N}\equiv\mathrm{F}): \text{CF}(\mathrm{N})=+2,\\ \text{CF}(\mathrm{F})=-2.

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