Desenhe a estrutura de Lewis para as seguintes moléculas. Caso exista mais de uma estrutura de Lesis proposta. desenhe todas as estruturas possiveis:
\mathrm{N}_{3}{ }^{-}(Ion azida)

Passo 1

O que o enunciado pede: desenhar a(s) estrutura(s) de Lewis para o íon \mathrm{N}_3^- (íon azida).
Informações dadas e que vamos usar (apenas listar, sem resolver ainda):
  • Fórmula: \mathrm{N}_3^-.
  • Cada átomo de nitrogênio tem 5 elétrons de valência.
  • Há uma carga total de -1 no íon (um elétron adicional).
  • Devemos considerar todas as estruturas de Lewis possíveis (i.e., todas as fórmulas-resonância plausíveis).

Passo 2

Contagem total de elétrons de valência (etapa fundamental antes de desenhar a estrutura):
Cada \mathrm{N} possui 5 elétrons de valência. São três nitrogênios e mais um elétron pela carga -1. Portanto o total é
3\times 5 + 1 = 16\\ \text{elétrons de valência}.éê
Esses 16 elétrons serão distribuídos entre ligações (pares de elétrons compartilhados) e pares isolados (lone pairs).

Passo 3

Escolha do esqueleto e regra do octeto (como posicionar os átomos):
  • O íon azida é linear e costuma ter a cadeia \mathrm{N}-\mathrm{N}-\mathrm{N}. Colocamos os três nitrogênios em linha e ligamos vizinhos inicialmente por ligações simples.
  • A regra do octeto: cada átomo de nitrogênio “gosta” de ter 8 elétrons ao seu redor (contando elétrons não ligantes + metade dos elétrons nas ligações). Vamos ajustar múltiplas ligações se necessário para satisfazer octetos.

Passo 4

Distribuição inicial e ajuste das ligações:
  • Começamos com duas ligações simples entre os três nitrogênios: isso usa 2\times 2 = 4 elétrons.
  • Restam 16 - 4 = 12 elétrons para colocar como pares isolados.
  • Se colocarmos pares isolados apenas nas extremidades para completar octetos com ligações simples, veremos que nitrogênios terminais ficariam com três pares isolados + 1 ligação (7 elétrons efetivos) — ainda faltando um elétron para completar o octeto. Logo, precisamos formar ligações múltiplas (duplas ou triplas) envolvendo o nitrogênio central para que todos alcancem o octeto. Isso gera diferentes possibilidades de ligação (dupla/dupla, tripla/simples) que correspondem a diferentes estruturas de Lewis/resonância.

Passo 5

Conceito de carga formal (por que é importante) e fórmula usada:
Para comparar estruturas e escolher as mais razoáveis usamos carga formal (quanto cada átomo “carrega” em cada estrutura). A fórmula que eu uso é
\text{CF} = V - (L + B),
onde \text{CF} é a carga formal, V é o número de elétrons de valência do átomo isolado (para \mathrm{N}, V=5), L é o número de elétrons não ligantes atribuídos ao átomo (elétrons em pares isolados) e B é o número de ligações simples que o átomo forma (número de ligações, não elétrons). Exemplos rápidos: um nitrogênio com dois pares isolados ( L=4) e uma dupla ligação ( B=2) terá \text{CF}=5-(4+2)=-1.

Passo 6

Construindo as estruturas possíveis (passo a passo) — primeiro caso: duas ligações duplas (estrutura simétrica)
  • Faça duas ligações duplas: \mathrm{N}=\mathrm{N}=\mathrm{N}. Isso usa 2 ligações de 2 elétrons cada por dupla = 4 elétrons por ligação total = 8 elétrons nas ligações. Restam 16-8=8 elétrons para pares isolados.
  • Para completar octeto: cada átomo terminal recebe 2 pares isolados ( 4 elétrons) e o átomo central não recebe pares isolados (já tem 4 ligações = 8 elétrons). Isso usa exatamente os 8 elétrons restantes.
  • Calcule as cargas formais com a fórmula:
    • Átomo terminal: V=5, L=4 (dois pares), B=2 (uma dupla) ⇒ \text{CF}=5-(4+2)=-1.
    • Átomo central: V=5, L=0, B=4 (duas duplas) ⇒ \text{CF}=5-(0+4)=+1.
  • Resultado: configuração \mathrm{N}^{-}=\mathrm{N}^{+}=\mathrm{N}^{-}. Essa estrutura tem cargas formais (-1,+1,-1) do terminal-esquerdo para o terminal-direito, e soma total -1. É uma estrutura plausível e relativamente estável (carga negativa nos terminais, positiva no centro).

Passo 7

Outras possibilidades: uma ligação tripla + uma simples (duas estruturas espelho)
  • Agora tente uma ligação tripla entre um terminal e o central, e uma ligação simples entre o central e o outro terminal. Por exemplo: \mathrm{N}\equiv\mathrm{N}-\mathrm{N}.
  • Contagem de elétrons: tripla usa 6 elétrons, simples usa 2, total 8 usados em ligações; restam 16-8=8 elétrons para pares isolados.
  • Para completar octetos: o nitrogênio do lado da tripla (à esquerda) terá 1 par isolado ( 2 elétrons), o nitrogênio terminal à direita (com ligação simples) terá 3 pares isolados ( 6 elétrons), e o nitrogênio central não tem pares isolados (tem 4 ligações: uma tripla + uma simples = 4 ligações). Isso consome os 8 elétrons restantes.
  • Calcule cargas formais:
    • Terminal ligado por tripla (esquerdo): V=5, L=2, B=3 \text{CF}=5-(2+3)=0.
    • Central: V=5, L=0, B=4 \text{CF}=5-(0+4)=+1.
    • Terminal ligado por simples (direito): V=5, L=6, B=1 \text{CF}=5-(6+1)=-2.
  • Resultado: configuração formal (0,+1,-2). Essa estrutura coloca uma carga formal -2 num terminal — isso tende a ser energeticamente menos favorável (muito concentrado). Porém, o espelho \mathrm{N}-\mathrm{N}\equiv\mathrm{N} (tripla à direita) é outra possibilidade equivalente por simetria, dando (-2,+1,0).

Passo 8

Comparando estruturas e justificando ressonância
  • Temos, portanto, três tipos de estruturas possíveis:
    1. A estrutura com duas duplas: \mathrm{N}^{-}=\mathrm{N}^{+}=\mathrm{N}^{-} com cargas (-1,+1,-1).
    2. Duas estruturas-espelho com tripla+simples: \mathrm{N}\equiv\mathrm{N}-\mathrm{N}^{2-} (formalmente (0,+1,-2)) e seu espelho ( -2,+1,0).
  • Em termos de estabilidade relativa, a estrutura com duas duplas (cargas -1,+1,-1) tende a ser um contribuinte importante porque evita concentrar uma carga muito grande em um só átomo (evita -2 localizado). As estruturas com -2 em um terminal existem como contribuintes de ressonância, mas são menores (menos importantes) energeticamente.
  • A verdadeira estrutura do íon é uma mistura (ressonância) dessas formas: o íon é linear, com carga negativa delocalizada nos átomos terminais e com uma carga parcial positiva no átomo central.

Passo 9

Como representar os pares isolados e as cargas na estrutura de Lewis final (dicas para a prova)
  • Ao desenhar, mostre os pares isolados nos átomos terminais (dois pares quando dupla, três pares quando ligação simples), e indique as cargas formais com superíndices ^{-} ou ^{+} junto ao átomo.
  • Escreva todas as formas de ressonância relevantes (pelo menos a forma dupla-dupla e as duas formas tripla-simples) e coloque setas duplas de ressonância entre elas. Explique que a estrutura real é híbrido de ressonância.

Resposta

\displaystyle \text{Principais estruturas de Lewis (formas de ressonância):}â
\displaystyle \mathrm{:N^{-}}=\mathrm{N^{+}}=\mathrm{N^{-}:}
\displaystyle \mathrm{:N}\equiv\mathrm{N}-\mathrm{N^{2-}:}
\displaystyle \mathrm{:N^{2-}}-\mathrm{N}\equiv\mathrm{N:}

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