Determine as cargas formais de todos os átomos presentes nas seguintes espécies: H2 O, CO2, NH4 ^+, POCl3 e NO3 ^-.

Passo 1

Então, o exercício pede pra gente achar as cargas formais de todos os átomos em cinco espécies:
  • H₂O
  • CO₂
  • NH₄⁺
  • POCl₃
  • NO₃⁻
Conteúdo: carga formal em química (moléculas, íons, estrutura de Lewis).
O que vamos precisar:
  1. Número de elétrons de valência de cada átomo.
  2. Desenhar (ou imaginar) a estrutura de Lewis com ligações e pares isolados.
  3. Usar a fórmula da carga formal:
carga formal = V - l(elétrons não ligantes + tfrac12,elétrons ligantesr) éãé
Onde é o nº de elétrons de valência do átomo.
A partir do próximo passo, vamos calcular.

Passo 2

Espécie: H₂O
  1. Valência: O → 6 e cada H → 1.
  2. Estrutura de Lewis: O no centro com 2 ligações simples a H e 2 pares isolados.
  3. Carga formal no O:
  • Elétrons não ligantes = 4 (dois pares)
  • Elétrons ligantes = 4 (duas ligações × 2 e⁻)
FCO = 6 - (4 + tfrac12cdot4) = 6 - (4+2) = 0
  1. Cada H:
  • V = 1, não ligantes = 0, ligantes = 2
FCH = 1 - (0 + tfrac12cdot2) = 1 - 1 = 0

Passo 3

Espécie: CO₂
  1. Valência: C → 4, O → 6.
  2. Lewis: O=C=O, cada ligação dupla e cada O com 2 pares isolados.
  3. Carga formal no C: não isolantes = 0, ligantes = 8 (4 ligações)
FCC = 4 - (0 + tfrac12cdot8) = 4 - 4 = 0
  1. Cada O (dupla ligação): não ligantes = 4, ligantes = 4
FCO = 6 - (4 + tfrac12cdot4) = 6 - (4+2) = 0

Passo 4

Espécie: NH₄⁺
  1. Valência: N → 5, H → 1.
  2. Lewis: N no centro com 4 ligações simples a H, sem pares isolados. Como é íon +1, total de elétrons uma unidade a menos.
  3. N: não ligantes = 0, ligantes = 8
FCN = 5 - (0 + tfrac12cdot8) = 5 - 4 = +1
  1. Cada H:
FCH = 1 - (0 + tfrac12cdot2) = 0

Passo 5

Espécie: POCl₃
  1. Valência: P → 5, O → 6, Cl → 7.
  2. Lewis: P central, dupla ligação P=O (um par isolado no O), e três ligações simples a Cl (cada Cl com 3 pares isolados). P sem pares isolados.
  3. P: não ligantes = 0, ligantes = 10 (1 dupla = 4e⁻ + 3 simples = 6e⁻)
FCP = 5 - (0 + tfrac12cdot10) = 5 - 5 = 0
  1. O (dupla): não ligantes = 4, ligantes = 4
FCO = 6 - (4 + tfrac12cdot4) = 0
  1. Cada Cl: não ligantes = 6, ligantes = 2
FCCl = 7 - (6 + tfrac12cdot2) = 7 - 7 = 0

Passo 6

Espécie: NO₃⁻
  1. Valência: N → 5, O → 6. Carga total = –1.
  2. Lewis e ressonância: uma estrutura tem N com uma ligação dupla e duas simples a O. Cada O simples tem 3 pares isolados; O duplo tem 2 pares.
  3. N: não ligantes = 0, ligantes = 8
FCN = 5 - (0 + tfrac12cdot8) = +1
  1. O duplo: não ligantes = 4, ligantes = 4
FCO (duplo) = 6 - (4 + tfrac12cdot4) = 0
  1. Cada O simples: não ligantes = 6, ligantes = 2
FCO (simp<=s) = 6 - (6 + tfrac12cdot2) = -1
Como há 3 estruturas de ressonância equivalentes, esse padrão se espalha pelos três O, mas em cada desenho dois O ficam com –1 e um com 0.

Resposta

H₂O: O→0; H→0
CO₂: C→0; O→0
NH₄⁺: N→+1; H→0
POCl₃: P→0; O→0; Cl→0
NO₃⁻ (ressonâncias): N→+1; um O (duplo)→0; dois O (simples)→–1

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