Determine a geometria molecular de
Passo 1
O enunciado pede: determinar a geometria molecular de
.
Informações dadas: a fórmula química é (óxido de nitrogênio com carga total
). Não há outras informações no enunciado.
Informações dadas: a fórmula química é
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (etapa essencial antes de desenhar a estrutura de Lewis). Vou somar os elétrons de valência de cada átomo e depois incluir a carga extra:
- Nitrogênio (
) tem elétrons de valência. - Cada oxigênio (
) tem elétrons de valência, então dois oxigênios dão . - A carga
significa que há elétron extra.
Portanto o total de elétrons de valência é. Vou representar isso em pares: elétrons pares eletrônicos.
Passo 3
Construindo a estrutura de Lewis inicial (passo a passo, como eu faria na prova):
- Coloco o átomo menos eletronegativo no centro: aqui o
fica no centro e os dois nas extremidades. - Faço ligações simples N–O usando
ligações simples: cada ligação consome elétrons. Duas ligações simples usam elétrons (ou pares). Restam elétrons (ou pares). - Complete os octetos dos oxigênios primeiro. Cada oxigênio ligado por ligação simples já tem
elétrons da ligação, então precisa de mais elétrons (três pares) para completar o octeto. Para os dois oxigênios usamos elétrons (ou pares). Após isso restam elétrons (1 par). - O par restante vai no nitrogênio como par isolado. Assim, após esta colocação, cada oxigênio tem 3 pares não ligantes (octeto completo) e N tem 1 par não ligante e duas ligações simples.
Resumo desta estrutura inicial: N com 1 par isolado e duas ligações simples para os O; cada O com três pares isolados. Esta estrutura usa todos os
elétrons.
Passo 4
Avaliação de cargas formais e melhoria da estrutura (para ficar com menor carga formal possível):
- Fórmula geral para carga formal (útil na prova):
. Vou aplicar para cada átomo na estrutura inicial (duas ligações simples, N com 1 par): - Para um oxigênio ligado por ligação simples: elétrons de valência
, elétrons não ligantes , elétrons em ligações envolvendo esse oxigênio → carga formal . - Para o outro oxigênio idem: carga formal
. - Para o nitrogênio: elétrons de valência
, elétrons não ligantes , elétrons em ligações (duas ligações simples total ) → carga formal .
Soma das cargas formais:(coincide com a carga total), mas vemos que há cargas formais maiores em módulo (nitrogênio +1, dois oxigênios -1 cada), o que normalmente não é a forma mais estável.
- Para um oxigênio ligado por ligação simples: elétrons de valência
Para reduzir cargas formais fazemos uma dupla ligação entre N e um dos O: transforme uma das ligações simples em dupla. Agora avaliamos cargas formais nessa estrutura melhorada:
- Oxigênio com dupla ligação: elétrons não ligantes
, elétrons em ligações → carga formal . - Oxigênio com ligação simples: como antes, carga formal
. - Nitrogênio: elétrons não ligantes
, elétrons em ligações (uma ligação dupla + uma simples elétrons) → carga formal .
Soma:. Agora as cargas formais estão mais distribuídas e menores em módulo (apenas um oxigênio com ), então esta forma é mais estável.
Como os dois oxigênios são indistinguíveis, existem duas estruturas ressonantes equivalentes onde a dupla ligação pode estar com o oxigênio à esquerda ou à direita. Portanto a ligação N–O tem ordem de ligação média entre as duas estruturas: ligação simples em uma estrutura e dupla na outra → ordem média
.
Passo 5
Determinar a geometria eletrônica (VSEPR) e a geometria molecular:
- Contar as regiões de densidade eletrônica (domínios) ao redor do átomo central (
). Cada ligação simples ou dupla conta como UMA região/um domínio de ligação (porque pares compartilhados entre os mesmos dois átomos ocupam a mesma região), e cada par isolado conta como um domínio. No nosso esboço com uma dupla + uma simples e um par isolado em N temos: - dois domínios de ligação (N–O e N–O) — independentemente de serem simples ou dupla, são 2 domínios,
- um domínio correspondente ao par de elétrons não ligantes no N.
Total de domínios =.
- Regra do VSEPR: para 3 domínios, a geometria eletrônica (disposição dos domínios ao redor do átomo central) é trigonal plana (ângulos de
entre domínios, se fossem todos ligantes). - A geometria molecular (considerando apenas átomos, não os pares isolados) depende de quantos desses domínios são pares isolados. Temos 1 par isolado e 2 ligações. A geometria molecular para 3 domínios com 1 par isolado é “angular” ou “curvada” (em inglês “bent” ou “V-shaped”). O ângulo de ligação esperado é um pouco menor que
por causa da repulsão maior do par isolado sobre as ligações, mas aproximadamente .
Passo 6
Breve nota sobre hibridização (útil na prova para justificar ângulos e orbitais): com 3 domínios de valência ao redor do N, a hibridização costuma ser
. Explicação curta:
orbital
+
orbitais
híbridos formam três orbitais
que acomodam as duas ligações e o par isolado; o orbital
restante pode participar da formação de ligação
que explica a ressonância e a ordem de ligação
.
Passo 7
Resumo físico-químico que convém decorar para a prova (o que aparece na resposta direta):
- Estrutura de Lewis com ressonância: duas estruturas equivalentes com uma dupla e uma simples N–O; carga formal
localizada em média nos oxigênios (resonância). - Ordem de ligação N–O média
. - Geometria eletrônica: trigonal plana.
- Geometria molecular: angular (curvada, “bent”).
- Ângulo aproximado entre ligações: ~
(ligeiramente menor por efeito do par isolado).
Resposta
Geometria molecular: angular (curvada, “bent”); geometria eletrônica: trigonal plana; ângulo aproximado:
; ordem de ligação N–O:
(ressonância).