Considere os números atômicos:
. 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
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
e . A informação útil aqui é o número de elétrons de valência: - Nitrogênio (
) tem elétrons de valência. - Flúor (
) tem elétrons de valência.
- Nitrogênio (
- Queremos desenhar as estruturas de Lewis para um composto contendo um átomo de
e um átomo de , 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):
- Contar elétrons de valência totais: somar os elétrons de valência de cada átomo.
- Unir os átomos por ligações simples inicialmente (cada ligação usa
elétrons). - Distribuir os elétrons restantes como pares isolados (lone pairs) primeiro em átomos mais eletronegativos (aqui
), depois no outro átomo. - Verificar a regra do octeto: cada átomo (exceto H) tenta ter
elétrons ao redor contando elétrons de ligações e pares isolados. Se algum átomo não atingir o octeto, tentar múltiplas ligações (dupla, tripla) e reavaliar. - Se o octeto não for possível para todos, escolher a(s) estrutura(s) que minimizem as cargas formais.
- Para cada estrutura calcular a carga formal com a fórmula didática:
onde é o número de elétrons de valência do átomo, é o número de elétrons em pares isolados no átomo, e 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). - 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
+
.
Passo 3
Contagem de elétrons e montagem inicial:
- Elétrons de valência totais:
(de ) (de ) elétrons. - Colocamos uma ligação simples
: isso usa elétrons. Restam elétrons para pares isolados. - Distribuir pares isolados: o flúor é mais eletronegativo, então preenche-se primeiro o
com pares isolados elétrons. Restam elétrons que irão para o como pares isolados.
Resultado da distribuição (descrição da estrutura):
-
: tem pares isolados ( elétrons) e 1 ligação simples com (2 elétrons de ligação). -
: tem pares isolados ( elétrons) e 1 ligação simples com (2 elétrons de ligação).
Observação sobre o octeto: assim atem elétrons ao redor (ok). Mas tem apenas elétrons ao redor ( pares isolados 1 ligação = ), portanto 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:
- Para
: -
. -
(dois pares isolados). -
(a ligação simples tem 2 elétrons).
-
- Para
: -
. -
(três pares isolados). -
.
-
Conclusão: na estrutura com ligação simples ambos os átomos têm carga formal
. 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
: - Ligações usam
elétrons; restam elétrons para pares isolados. - Preencher
com pares isolados ( elétrons); sobra elétrons que ficam em como um par isolado. - Contagens:
tem par isolado ( elétrons) e uma ligação dupla ( elétrons ao todo); tem pares isolados ( elétrons) e a ligação dupla. - Cargas formais:
- Ligações usam
-
Aqui
continua com elétrons (par isolado + ligação dupla = 6), então ainda não alcança octeto; as cargas formais são em N e em F. -
Estrutura com tripla ligação
: - Ligações usam
elétrons; restam elétrons para pares isolados. - Colocar
pares em (6 elétrons); fica sem pares isolados. - Cargas formais:
- Ligações usam
- Também aqui
tem apenas elétrons e as cargas formais são maiores ( e ), 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
elétrons totais; para que ambos tivessem octeto seriam necessários 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
, aplicamos o critério de minimização de cargas formais. A estrutura com ligação simples ( ) dá cargas formais 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
com
tendo
pares isolados e
tendo
pares isolados (nitrogênio com sexteto, flúor com octeto).
Cargas formais:
Cargas formais:
- Estrutura com ligação simples:
. - Estrutura com ligação dupla (
): . - Estrutura com ligação tripla (
): .