Diga que conjunto de orbitais híbridos participa das ligações do átomo assinalado em cada molécula ou íon seguinte:
Passo 1
O enunciado pede: "Diga que conjunto de orbitais híbridos participa das ligações do átomo assinalado em
".
Informações relevantes que temos (e uma suposição necessária):
Informações relevantes que temos (e uma suposição necessária):
- A molécula é
. - Vou assumir que o átomo assinalado é o átomo central, isto é, o átomo de nitrogênio (
). - A molécula é neutra e tem, no total,
elétrons de valência (vou mostrar como isso impacta a estrutura de Lewis nos próximos passos).
A partir daqui começamos a construir a estrutura e a decidir a hibridização do átomo assinalado.
Passo 2
Vamos montar a estrutura de Lewis passo a passo (isso é importante para contar quantos “grupos eletrônicos” existem ao redor do nitrogênio, informação que usaremos para decidir a hibridização).
-
Contagem de elétrons de valência: o nitrogênio tem
e cada oxigênio tem . Logo elétrons de valência. Anotei isso em : . -
Esqueleto da molécula: o nitrogênio fica no centro ligado aos dois oxigênios por ligações simples inicialmente. Cada ligação simples usa 2 elétrons, então usamos
ligações = elétrons; restam elétrons para distribuir como pares. -
Completar octetos nos oxigênios primeiro: cada oxigênio ligado por uma simples precisa de mais 6 elétrons para completar seu octeto. Para os dois oxigênios são
elétrons. Subtraindo, sobram elétron, que fica no nitrogênio. -
Resultado imediato: com essa distribuição o nitrogênio termina com apenas um elétron não apareado (um elétron solitário), porque não há pares suficientes para completar o octeto do nitrogênio. Isso leva à descrição clássica do radical
: uma estrutura com número ímpar de elétrons e um elétron não pareado no nitrogênio (ou delocalizado). -
Para melhorar cargas formais e refletir ligações reais, consideramos estruturas de ressonância em que um dos oxigênios forma uma ligação dupla com o nitrogênio e o outro fica com carga negativa. As duas estruturas de ressonância (trocando qual oxigênio tem a dupla) explicam ligações parcialmente duplas entre
-O. Nessas estruturas o nitrogênio aparece com carga formal e um elétron não pareado distribuído na região π.
Passo 3
Agora vamos usar a informação da estrutura de Lewis para contar os “grupos eletrônicos” (também chamados de regiões de densidade eletrônica) ao redor do nitrogênio, porque isso determina a hibridização.
O número de grupos eletrônicos ao redor de um átomo central é contado como:
- cada ligação simples, dupla ou tripla conta como 1 grupo (todas são uma região para efeito de hibridização, pois todas têm uma componente sigma),
- cada par isolado (lone pair) conta como 1 grupo,
- cada elétron não pareado (quando houver radical) também conta como 1 grupo, pois ocupa uma região de densidade.
No nosso caso do nitrogênio em
:
- há duas ligações
-O (cada uma conta como 1 grupo → total ); - há um elétron não pareado no nitrogênio (conta como mais
grupo).
Logo o número total de grupos eletrônicos ao redor do nitrogênio é
.
Passo 4
Mapeamento entre número de grupos eletrônicos e hibridização (regra prática que você deve decorar para provas):
- 2 grupos → hibridização
, - 3 grupos → hibridização
, - 4 grupos → hibridização
.
Como contamos
grupos ao redor do nitrogênio, a hibridização do nitrogênio é
.
Explicação física e química do que isso significa (para você entender como aplicar isso numa questão de prova):
- Em
o átomo mistura um orbital com dois orbitais para formar três orbitais híbridos dispostos em plano com ângulos próximos de (geometria trigonal plana para as regiões de densidade). - O orbital
restante (aquele que não participou da hibridização) permanece como um orbital puro perpendicular ao plano dos . Esse orbital não-hibridizado é o que pode abrigar o elétron não pareado e também participar de sobreposição lateral com orbitais dos oxigênios para formar ligações (essas ligações são responsáveis pelas duplas/parciais duplas mostradas nas ressonâncias).
Passo 5
Como isso se traduz em “quais orbitais participam das ligações” (resposta prática para a pergunta do enunciado):
- As ligações sigma
entre o nitrogênio e cada oxigênio são formadas pela sobreposição entre um orbital híbrido do nitrogênio e um orbital apropriado do oxigênio (por exemplo, um orbital ou do oxigênio, dependendo de como você desenha a estrutura). Em resumo: os sigmas do -O usam orbitais do nitrogênio. - O elétron não pareado e as componentes
associadas às ligações múltiplas usam o orbital não-hibridizado do nitrogênio (o puro perpendicular ao plano dos ). Esse puro pode formar interação com orbitais dos oxigênios nas estruturas de ressonância.
Passo 6
Exemplificando para fixar (rápido e útil para prova):
- Se você contar 3 regiões ao redor do átomo central, responda
. - No caso de
isso vem de: 2 ligações + 1 elétron não pareado = 3 → . - Lembre-se: ligações múltiplas contam como uma região para hibridização (a parte sigma conta como a região); os orbitais
não-hibridizados cuidam das π.
Resposta
Nitrogênio: