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 [ \left.\mathrm{CH}_{3} \mathrm{NH}_{3}\right]^{+}

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 \mathrm{CH_3NH_3^+}. 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: \,4 elétrons de valência.
  • Nitrogênio: \,5 elétrons de valência.
  • Hidrogênio: cada H tem \,1 elétron; são 6 H no total, então 6\cdot1=6.
Soma dos elétrons de valência neutros:
4 + 5 + 6 = 15.
Como temos um cátion com carga +1, devemos remover um elétron:
15 - 1 = 14 \text{ elétrons disponíveis (ou 14 e⁻)}.éí

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:
\text{H}_3\text{C} - \text{N}\text{H}_3^{+}
ou seja, o carbono (grupo \mathrm{CH_3}) ligado ao nitrogênio que tem três H (formando \mathrm{NH_3}) e a carga total é +1. 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 2 elétrons.
  • Contando as ligações esperadas: 3 ligações C–H, 3 ligações N–H e 1 ligação C–N, totalizando 3+3+1 = 7 ligações.
  • Elétrons usados em ligações: 7 \times 2 = 14 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):
\mathrm{H - C - H}
com o carbono ligado a um terceiro H e ao nitrogênio; escritório compacto:
\mathrm{H_3C - NH_3^{+}}
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
\text{Carga Formal} = (\text{elétrons de valência do átomo isolado}) - (\text{elétrons não-ligantes}) - \frac{1}{2}(\text{elétrons de ligação}).éêáéãéçã
Vou aplicar para os átomos que pediram (exceto H).
Cálculo para o carbono:
  • Elétrons de valência do C: \,4.
  • Elétrons não-ligantes em C: \,0 (conforme Passo 4).
  • Elétrons de ligação ao redor do C: C forma 4 ligações simples → 4 \times 2 = 8 elétrons de ligação.
    Aplicando a fórmula:
\text{CF}_{\mathrm{C}} = 4 - 0 - \tfrac{1}{2}(8) = 4 - 4 = 0.
Portanto o carbono tem carga formal 0.
Cálculo para o nitrogênio:
  • Elétrons de valência do N: \,5.
  • Elétrons não-ligantes em N: \,0 (nenhum par isolado; nitrogênio tem 4 ligações).
  • Elétrons de ligação ao redor do N: N forma 4 ligações simples → 4 \times 2 = 8 elétrons de ligação.
    Aplicando a fórmula:
\text{CF}_{\mathrm{N}} = 5 - 0 - \tfrac{1}{2}(8) = 5 - 4 = +1.
Portanto o nitrogênio tem carga formal +1.
Verificação da soma das cargas formais: \,0 + (+1) + (\text{cargas formais dos H}). Cada H em ligação simples tem carga formal 0, então a soma é +1, que confere com a carga do íon \mathrm{+1}.

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): \mathrm{H_3C - NH_3^{+}}
Cargas formais (somente átomos não-H): \mathrm{C}:0
\mathrm{N}:+1

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