Desenhe as estruturas de Lewis e mostre as cargas formais de todos os átomos (exceto H ) em cada uma das moléculas abaixo: (1 ponto)
d- Cátion metilamônio [
d- Cátion metilamônio [
Passo 1
O enunciado pede: desenhar a estrutura de Lewis e mostrar as cargas formais de todos os átomos (exceto H) para o cátion metilamônio, cuja fórmula é
. Informação dada: apenas o nome/fórmula do íon. Não há outras imagens ou dados adicionais.
Passo 2
Contagem de átomos e de elétrons de valência (passo fundamental antes de desenhar a estrutura). Vou somar os elétrons de valência de cada átomo e ajustar pelo sinal positivo:
- Carbono:
elétrons de valência. - Nitrogênio:
elétrons de valência. - Hidrogênio: cada H tem
elétron; são H no total, então .
Soma dos elétrons de valência neutros:
Como temos um cátion com carga
, devemos remover um elétron:
Passo 3
Escolha da conectividade (esqueleto da molécula). Pelo nome “metilamônio” sabe-se que a estrutura é um grupo metila ligado a um nitrogênio protonado. Logo a conectividade é:
ou seja, o carbono (grupo
) ligado ao nitrogênio que tem três H (formando
) e a carga total é
. Não existe alternativa razoável para a conectividade no caso do cátion metilamônio.
Passo 4
Distribuição dos elétrons para formar ligações e satisfazer octetos:
- Cada ligação simples consome
elétrons. - Contando as ligações esperadas: 3 ligações C–H, 3 ligações N–H e 1 ligação C–N, totalizando
ligações. - Elétrons usados em ligações:
elétrons, que é exatamente o número disponível calculado no Passo 2.
Conseqüência prática: todos os elétrons disponíveis estão ocupando pares de ligação; não sobram elétrons não-ligantes (pares isolados) no nitrogênio nem no carbono. Portanto o nitrogênio tem quatro ligações (uma ao C e três aos H) e nenhum par isolado; o carbono tem quatro ligações (três H e uma ao N).
Um modo simples de escrever a estrutura de Lewis em texto (linhas mostram ligações simples):
com o carbono ligado a um terceiro H e ao nitrogênio; escritório compacto:
Observação: não há pares de elétrons não ligantes em C ou N nesta estrutura porque todos os 14 elétrons estão em ligações.
Passo 5
Definição e cálculo das cargas formais (essa é a parte que cai na prova!): a fórmula para carga formal é
Vou aplicar para os átomos que pediram (exceto H).
Cálculo para o carbono:
- Elétrons de valência do C:
. - Elétrons não-ligantes em C:
(conforme Passo 4). - Elétrons de ligação ao redor do C: C forma 4 ligações simples →
elétrons de ligação.
Aplicando a fórmula:
Portanto o carbono tem carga formal
.
Cálculo para o nitrogênio:
- Elétrons de valência do N:
. - Elétrons não-ligantes em N:
(nenhum par isolado; nitrogênio tem 4 ligações). - Elétrons de ligação ao redor do N: N forma 4 ligações simples →
elétrons de ligação.
Aplicando a fórmula:
Portanto o nitrogênio tem carga formal
.
Verificação da soma das cargas formais:
. Cada H em ligação simples tem carga formal
, então a soma é
, que confere com a carga do íon
.
Passo 6
Interpretação química curta (para você entender e decorar na prova):
- O nitrogênio protonado tem quatro ligações e ficou com carga formal positiva porque, comparado ao nitrogênio isolado (que tem 5 elétrons de valência), ele “contribui” com menos elétrons não-ligantes e divide elétrons de ligação, resultando em +1.
- O carbono tem configuração eletrônica estável (4 ligações simples) e carga formal zero. Não há pares livres porque todos os elétrons estão usados nas ligações.
Resposta
Estrutura de Lewis (fórmula estrutural):
Cargas formais (somente átomos não-H):
Cargas formais (somente átomos não-H):