Converta as seguintes fórmulas moleculares nas fórmulas estruturais de traço e de linhas consistentes com as regras de valência.
\mathrm{CH}_{5} \mathrm{~N}

Passo 1

O enunciado pede que a fórmula molecular \mathrm{CH}_{5}\mathrm{N} seja convertida em duas representações estruturais: a fórmula estrutural de traço (onde mostramos todos os átomos ligados por traços) e a fórmula de linhas (esqueleto). Informações dadas: a fórmula molecular é \mathrm{CH}_{5}\mathrm{N}. Não há outras restrições explícitas.

Passo 2

Vamos contar os elétrons de valência para ver quantas ligações e pares de elétrons precisamos distribuir. Isso é importante para garantir que a estrutura respeite as regras de valência.
  • Carbono: \mathrm{C} tem 4 elétrons de valência.
  • Nitrogênio: \mathrm{N} tem 5 elétrons de valência.
  • Hidrogênio: cada \mathrm{H} tem 1 elétron de valência; são 5 hidrogênios, então 5 elétrons.
Total de elétrons de valência:
4 + 5 + 5 = 14
Cada ligação covalente simples usa 2 elétrons. Se fizermos b ligações, o total de elétrons que participam de ligações será 2b. Além disso podem existir pares não ligantes (lone pairs) que completam o total de 14 elétrons. Essa contagem nos ajuda a verificar se a estrutura proposta consome exatamente 14 elétrons.

Passo 3

Pensando na topologia plausível: com apenas um carbono e um nitrogênio, o arranjo natural é ligar o carbono ao nitrogênio (porque formar uma cadeia C–N é fácil) e distribuir os hidrogênios restantes nos dois átomos de forma a satisfazer as valências usuais:
  • O hidrogênio pode fazer apenas 1 ligação.
  • O carbono normalmente forma 4 ligações (valência 4).
  • O nitrogênio em compostos neutros normalmente forma 3 ligações e tem 1 par não ligante (lone pair).
Se ligarmos C a N por uma única ligação e colocarmos 3 hidrogênios no carbono ( \mathrm{CH}_3) e 2 hidrogênios no nitrogênio ( \mathrm{NH}_2), então:
  • Carbono: 3 ligações C–H + 1 ligação C–N = 4 ligações → valência satisfeita.
  • Nitrogênio: 2 ligações N–H + 1 ligação N–C = 3 ligações + 1 par não ligante (2 elétrons) → valência de 3 ligada + lone pair satisfeita.
    Contagem de ligações: 3 (C–H) + 2 (N–H) + 1 (C–N) = 6 ligações. Elétrons usados em ligações: 6 \times 2 = 12 elétrons. Resta 14-12=2 elétrons, que formam justamente o par não ligante do nitrogênio. Tudo bate certinho.
Esse arranjo corresponde ao composto conhecido como metilamina, de fórmula estrutural \mathrm{CH}_3\!-\!\mathrm{NH}_2. Vamos justificar por que não há outra isomeria neutra significativa com a mesma fórmula e valência: qualquer outra topologia exigiria ligações múltiplas (duplas) entre C e N ou arranjos com cargas formais (por exemplo, espécies protonadas ou íons), ou a existência de mais átomos de carbono para formar anéis — mas com só um carbono não há opções para isômeros neutros diferentes que respeitem todas as valências sem introduzir carga formal. Portanto a estrutura neutra consistente é a metilamina.

Passo 4

Agora vou desenhar a estrutura com traços (mostrando todos os átomos e ligações) e indicar o par isolado do nitrogênio. Uma maneira clara é dispor o carbono com três hidrogênios e ligado ao nitrogênio com dois hidrogênios:
\begin{array}{c} \phantom{\mathrm{H}} \mathrm{H} \\\ \phantom{|} | \\\ \mathrm{H}-\mathrm{C}-\mathrm{N}:\,-\mathrm{H} \\\ \phantom{|} | \\\ \phantom{\mathrm{H}} \mathrm{H} \end{array}
Aqui eu peguei os dados da fórmula (um \mathrm{C}, um \mathrm{N} e cinco \mathrm{H}) e coloquei os hidrogênios ao redor do carbono e do nitrogênio de modo a satisfazer as valências; o símbolo : ao lado de \mathrm{N} representa o par de elétrons não ligantes do nitrogênio.

Passo 5

Agora a representação em linhas (esqueleto). Em química orgânica, no esqueleto costuma-se omitir os hidrogênios ligados a carbonos: um vértice (ou extremidade de linha) representa um átomo de carbono com hidrogênios suficientes para completar quatro ligações. Como temos um metil ( \mathrm{CH}_3) ligado a um grupo amina \mathrm{NH}_2, a notação de esqueleto costuma ser simplesmente:
\mathrm{CH}_3-\mathrm{NH}_2
Ou graficamente, um vértice (que representa \mathrm{CH}_3) ligado a um átomo escrito \mathrm{N} com dois hidrogênios explícitos: isso é o esqueleto da metilamina. Se quisermos enfatizar o par solitário do nitrogênio, podemos anotar \mathrm{N}:.

Resposta

Traço: \begin{array}{c} \phantom{\mathrm{H}} \mathrm{H} \\\ \phantom{|} | \\\ \mathrm{H}-\mathrm{C}-\mathrm{N}:\,-\mathrm{H} \\\ \phantom{|} | \\\ \phantom{\mathrm{H}} \mathrm{H} \end{array}
Linhas (esqueleto): \mathrm{CH}_3-\mathrm{NH}_2

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