- Desenhe a estrutura de Lewis para os seguintes compostos:
d)
Passo 1
O enunciado pede: desenhar a estrutura de Lewis para a molécula
.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado (e dados que usaremos):
- Átomos presentes: um hidrogênio
, um nitrogênio e dois oxigênios . - elétrons de valência (valores padrão que usaremos):
, , . - Total de elétrons de valência disponíveis:
.
Não vou resolver nada neste passo — só organizei o que o problema pede e os dados que temos.
Passo 2
Escolha do átomo central e esqueleto da molécula (por que colocar cada átomo onde coloquei).
Regra prática para estruturas de Lewis: o átomo menos eletronegativo (entre os que não são
) costuma ser o central. Aqui
nunca é central (só faz uma ligação), e
é menos eletronegativo que
, então
será o átomo central. O hidrogênio quase sempre liga-se a um oxigênio em ácidos oxigenados, então o esqueleto mais razoável é:
ou seja,
ligado aos dois oxigênios, e o
ligado a um dos oxigênios (o que forma o grupo hidroxila
). Neste passo definimos apenas a conectividade; as ligações podem ser simples ou duplas e os elétrons não-ligantes ainda serão distribuídos nos próximos passos.
Passo 3
Formar ligações simples iniciais e contar os elétrons usados.
- Montei o esqueleto com ligações simples entre átomos:
. - Cada ligação simples usa
elétrons. Aqui temos três ligações simples (uma e duas ), portanto elétrons usados em ligações iniciais:
- Elétrons restantes para distribuir como pares não-ligantes (lone pairs):
Explicação rápida (aula curta): sempre comece ligando os átomos com ligações simples e subtraia desses elétrons o que foi gasto em ligações; o restante será distribuído como pares não-ligantes para completar octetos.
Passo 4
Distribuir os elétrons não-ligantes primeiro nos átomos externos (oxigênios) para tentar completar os octetos.
Regra usada: coloque pares não-ligantes primeiro nos átomos mais externos (aqui os dois
), até que cada átomo atinja o octeto (8 elétrons) quando possível.
Estado atual de cada átomo (após as ligações simples iniciais):
- O oxigênio ligado ao hidrogênio (vou chamar de
) tem 2 ligações (uma com e uma com ) → 4 elétrons já em ligações → precisa de mais 4 elétrons para completar o octeto (ou seja, 2 pares). - O oxigênio terminal (vou chamar de
) ligado só ao tem 1 ligação → 2 elétrons em ligação → precisa de mais 6 elétrons para completar o octeto (ou seja, 3 pares). - O nitrogênio atualmente tem 2 ligações (duas simples) → 4 elétrons em ligações → ainda não tem octeto.
Distribuição dos
elétrons restantes:
- Coloca-se
elétrons (2 pares) em . - Coloca-se
elétrons (3 pares) em .
Isso usaelétrons. Restam elétrons, que colocamos como 1 par de elétrons no nitrogênio.
Agora contagem de elétrons ao redor de cada átomo:
-
: 2 ligações (4 e-) + 4 não-ligantes (4 e-) = 8 e- → octeto satisfeito. -
: 1 ligação (2 e-) + 6 não-ligantes (6 e-) = 8 e- → octeto satisfeito. -
: 2 ligações (4 e-) + 2 não-ligantes (2 e-) = 6 e- → NÃO está com octeto completo ainda.
Passo 5
Corrigir o nitrogênio para satisfazer o octeto: formar uma ligação dupla.
Como o nitrogênio tem apenas
elétrons ao redor, precisamos aumentar seu número de elétrons em ligações. Podemos formar uma ligação dupla entre
e um dos oxigênios, convertendo um par de não-ligantes desse oxigênio em par de ligação. Qual oxigênio escolher? O que não carrega hidrogênio (
), porque transformar
(o que tem
) em dupla seria desfavorável sem mover o hidrogênio. Portanto convertemos um par de elétrons de
em uma ligação adicional com
, obtendo uma ligação dupla
.
Após isso:
-
passa a ter uma ligação simples com e uma ligação dupla com , além do seu par lone pair → total de elétrons ao redor do (octeto satisfeito). -
com ligação dupla também tem octeto satisfeito (2 ligações = 4 e- em ligações + 4 e- em 2 pares não-ligantes = 8). -
continua com seu octeto e o com 2 elétrons (regra do dueto para H) também está satisfeito.
Resumo da conectividade final (estrutura de ligações):
Passo 6
Cálculo das cargas formais para verificar se a estrutura é razoável e qual é a melhor forma de desenhar os pares de elétrons.
Fórmula da carga formal usada (explicada):
Calculemos para cada átomo na estrutura final:
-
Para o
(o que está duplamente ligado): - elétrons de valência =
. - elétrons não-ligantes =
(dois pares). - elétrons em ligações = na ligação dupla há 4 elétrons (2 pares), mas na fórmula usamos o nº total de elétrons em ligações do átomo:
. - Então carga formal =
.
- elétrons de valência =
-
Para o
(o que está ligado a e a , ligação simples): - elétrons de valência =
. - elétrons não-ligantes =
(dois pares). - elétrons em ligações =
(duas ligações simples → 4 elétrons). - carga formal =
.
- elétrons de valência =
-
Para o
: - elétrons de valência =
. - elétrons não-ligantes =
(um par). - elétrons em ligações =
(uma ligação simples = 2 e- e uma dupla = 4 e-, total 6). - carga formal =
.
- elétrons de valência =
-
Para o
: - elétrons de valência =
. - elétrons não-ligantes =
. - elétrons em ligações =
(uma ligação com ). - carga formal =
.
- elétrons de valência =
Todas as cargas formais são zero, o que indica que a estrutura é ótima (nenhuma carga separada desnecessária). Isso confirma que a escolha da ligação dupla entre
e o oxigênio não ligado ao
é a melhor canônica.
Breve observação sobre ressonância (didática): como o oxigênio ligado ao hidrogênio tem o H, não é favorável trocar a dupla para esse oxigênio sem mover o H. Portanto a forma com
e
é a principal estrutura de Lewis. Formas com cargas separadas existiriam teoricamente, mas são menos importantes porque aqui a estrutura sem cargas formais é possível.
Passo 7
Desenho final da estrutura de Lewis e explicação de quantos pares de elétrons não-ligantes cada átomo tem (para que você copie na prova).
Estrutura (representação linear das ligações):
Pares de elétrons não-ligantes (lone pairs):
-
ligado ao : pares de elétrons não-ligantes ( elétrons). -
duplamente ligado ao : pares de elétrons não-ligantes ( elétrons). -
: par de elétrons não-ligantes ( elétrons). -
: nenhum par não-ligante, já que segue a regra do dueto.
Agora que já montamos tudo passo a passo, você consegue ver a lógica: contar elétrons, ligar átomos, completar octetos externos, e, se necessário, formar ligações múltiplas para completar o octeto do átomo central, sempre checando as cargas formais.
Resposta
O(H):
pares de elétrons não-ligantes; O(=):
pares de elétrons não-ligantes; N:
par de elétrons não-ligantes.