Desenhe a estrutura de Lewis para as seguintes moléculas. Caso exista mais de uma estrutura de Lesis proposta. desenhe todas as estruturas possiveis:
(Ion azida)
Passo 1
O que o enunciado pede: desenhar a(s) estrutura(s) de Lewis para o íon
(íon azida).
Informações dadas e que vamos usar (apenas listar, sem resolver ainda):
Informações dadas e que vamos usar (apenas listar, sem resolver ainda):
- Fórmula:
. - Cada átomo de nitrogênio tem
elétrons de valência. - Há uma carga total de
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 possui
elétrons de valência. São três nitrogênios e mais um elétron pela carga
. Portanto o total é
Cada
Esses
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
. Colocamos os três nitrogênios em linha e ligamos vizinhos inicialmente por ligações simples. - A regra do octeto: cada átomo de nitrogênio “gosta” de ter
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
elétrons. - Restam
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
Para comparar estruturas e escolher as mais razoáveis usamos carga formal (quanto cada átomo “carrega” em cada estrutura). A fórmula que eu uso é
onde
é a carga formal,
é o número de elétrons de valência do átomo isolado (para
,
),
é o número de elétrons não ligantes atribuídos ao átomo (elétrons em pares isolados) e
é o número de ligações simples que o átomo forma (número de ligações, não elétrons). Exemplos rápidos: um nitrogênio com dois pares isolados (
) e uma dupla ligação (
) terá
.
Passo 6
Construindo as estruturas possíveis (passo a passo) — primeiro caso: duas ligações duplas (estrutura simétrica)
- Faça duas ligações duplas:
. Isso usa ligações de elétrons cada por dupla = elétrons por ligação total elétrons nas ligações. Restam elétrons para pares isolados. - Para completar octeto: cada átomo terminal recebe
pares isolados ( elétrons) e o átomo central não recebe pares isolados (já tem 4 ligações = 8 elétrons). Isso usa exatamente os elétrons restantes. - Calcule as cargas formais com a fórmula:
- Átomo terminal:
, (dois pares), (uma dupla) ⇒ . - Átomo central:
, , (duas duplas) ⇒ .
- Átomo terminal:
- Resultado: configuração
. Essa estrutura tem cargas formais do terminal-esquerdo para o terminal-direito, e soma total . 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:
. - Contagem de elétrons: tripla usa
elétrons, simples usa , total usados em ligações; restam elétrons para pares isolados. - Para completar octetos: o nitrogênio do lado da tripla (à esquerda) terá 1 par isolado (
elétrons), o nitrogênio terminal à direita (com ligação simples) terá 3 pares isolados ( 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):
, , ⇒ . - Central:
, , ⇒ . - Terminal ligado por simples (direito):
, , ⇒ .
- Terminal ligado por tripla (esquerdo):
- Resultado: configuração formal
. Essa estrutura coloca uma carga formal num terminal — isso tende a ser energeticamente menos favorável (muito concentrado). Porém, o espelho (tripla à direita) é outra possibilidade equivalente por simetria, dando .
Passo 8
Comparando estruturas e justificando ressonância
- Temos, portanto, três tipos de estruturas possíveis:
- A estrutura com duas duplas:
com cargas . - Duas estruturas-espelho com tripla+simples:
(formalmente ) e seu espelho .
- A estrutura com duas duplas:
- Em termos de estabilidade relativa, a estrutura com duas duplas (cargas
) tende a ser um contribuinte importante porque evita concentrar uma carga muito grande em um só átomo (evita localizado). As estruturas com 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.