Duas estruturas de Lewis podem ser possíveis para a molécula \mathrm{N}_{2} \mathrm{O}. Desenha as duas e determine a preferencial?

Passo 1

O que o problema pede:
  • Desenhar as duas estruturas de Lewis possíveis para a molécula \mathrm{N_2O}.
  • Determinar qual das duas é a mais provável/preferencial.
Informações relevantes que temos do enunciado (implícitas na molécula):
  • A molécula contém dois átomos de nitrogênio e um de oxigénio: \mathrm{N}-\mathrm{N}-\mathrm{O}.
  • Precisamos usar os elétrons de valência dos átomos para montar as estruturas de Lewis.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência (passo essencial antes de desenhar estruturas):
  • Cada átomo de nitrogénio tem 5 elétrons de valência.
  • O átomo de oxigénio tem 6 elétrons de valência.
    Total de elétrons de valência disponíveis:
5 + 5 + 6 = 16.
Vou usar esses 16 elétrons para ligar átomos e completar octetos.

Passo 3

Escolha da conectividade (qual átomo fica no meio):
  • O arranjo mais razoável é \mathrm{N}-\mathrm{N}-\mathrm{O} (um N terminal — N central — O terminal). Oxigénio raramente é central quando há N disponíveis e total de átomos é pequeno. Então vamos construir estruturas com essa conectividade.

Passo 4

Relembre como calcular carga formal (ferramenta decisiva para escolher a estrutura preferida):
  • Fórmula da carga formal:
\text{FC} = V - N - \frac{B}{2},
onde
  • V é o número de elétrons de valência do átomo isolado (ex.: 5 para \mathrm{N}, 6 para \mathrm{O}),
  • N é o número de elétrons não-ligantes (pares isolados) no átomo na estrutura,
  • B é o número total de elétrons compartilhados em ligações (número de elétrons em ligações envolvendo o átomo; às vezes é mais fácil pensar como o número total de elétrons ligados dividido por 1 e depois dividir por 2 na fórmula — mas o essencial é que B/2 é o número de elétrons de ligação contado como pares).
  • Interpretação: queremos minimitzar separações de carga e, quando houver cargas, colocá-las preferencialmente nos átomos mais eletronegativos (o oxigénio é mais eletronegativo que o nitrogénio).

Passo 5

Primeira estrutura (estrutura A): \mathrm{N}\equiv\mathrm{N}-\mathrm{O} (tripla ligação entre os dois N, simples entre N e O)
Desenho esquemático (mostrando pares isolados):
  • Escrevendo de forma compacta: \,:\! \mathrm{N} \equiv \mathrm{N} - \mathrm{O} \!:
    (o oxigénio tem três pares isolados; o nitrogénio terminal à esquerda tem um par isolado; o N central não tem pares isolados nesta configuração)
Agora calculo as cargas formais com a fórmula explicada:
Átomo N terminal esquerdo (chamo de N_1):
  • V=5.
  • Pares isolados: N=2 elétrons (1 par isolado).
  • Elétrons de ligação envolvendo N_1: liga-se por uma tripla (6 elétrons), então B=6.
\text{FC}(N_1)=5 - 2 - \frac{6}{2}=5-2-3=0.
N central ( N_2):
  • V=5.
  • Pares isolados: N=0.
  • Ligações: tripla com N_1 (6 e⁻) + simples com O (2 e⁻) ⇒ total B=8.
\text{FC}(N_2)=5 - 0 - \frac{8}{2}=5-0-4=+1.
Oxigénio terminal ( O):
  • V=6.
  • Pares isolados: N=6 elétrons (3 pares).
  • Ligações: simples com N_2 (2 e⁻) ⇒ B=2.
\text{FC}(O)=6 - 6 - \frac{2}{2}=6-6-1=-1.
Resumo da Estrutura A:
  • Fórmula de ligação: \mathrm{N}\equiv\mathrm{N}-\mathrm{O}
  • Cargas formais: N_1:0,\; N_2:+1,\; O:-1.
  • Conservação da carga: 0 + (+1) + (-1) = 0 (molécula neutra).

Passo 6

Segunda estrutura (estrutura B): \mathrm{N}=\mathrm{N}=\mathrm{O} (duas ligações duplas em cadeia)
Desenho esquemático:
  • Escrevendo: \,:\!\mathrm{N}= \mathrm{N} = \mathrm{O}
    (o nitrogénio terminal esquerdo tem dois pares isolados; o N central não tem pares isolados; o oxigénio tem dois pares isolados)
Cálculo das cargas formais:
N_1 (nitrogénio terminal esquerdo):
  • V=5.
  • Pares isolados: N=4 elétrons (2 pares).
  • Ligações: dupla com N_2 B=4.
\text{FC}(N_1)=5 - 4 - \frac{4}{2}=5-4-2=-1.
N_2 (nitrogénio central):
  • V=5.
  • Pares isolados: N=0.
  • Ligações: dupla com N_1 (4 e⁻) + dupla com O (4 e⁻) ⇒ B=8.
\text{FC}(N_2)=5 - 0 - \frac{8}{2}=5-0-4=+1.
O (oxigénio terminal):
  • V=6.
  • Pares isolados: N=4 elétrons (2 pares).
  • Ligações: dupla com N_2 B=4.
\text{FC}(O)=6 - 4 - \frac{4}{2}=6-4-2=0.
Resumo da Estrutura B:
  • Fórmula de ligação: \mathrm{N}=\mathrm{N}=\mathrm{O}
  • Cargas formais: N_1:-1,\; N_2:+1,\; O:0.

Passo 7

Comparação e escolha da estrutura preferida (argumentos passo a passo):
  1. Ambas as estruturas têm a mesma separação de carga global: um +1 e um -1 (a molécula é neutra). Em A: +1 no N_2 e -1 no O. Em B: +1 no N_2 e -1 no N_1.
  2. Critério de eletronegatividade: o átomo mais eletronegativo prefere abrigar carga negativa. O oxigénio é mais eletronegativo que o nitrogénio, logo é energeticamente mais favorável que a carga negativa esteja no oxigénio do que num nitrogénio.
  3. Portanto a estrutura em que o oxigénio tem a carga -1 (estrutura A, \mathrm{N}\equiv\mathrm{N}-\mathrm{O}^{-}) é mais estável do que a que coloca a carga negativa num nitrogénio (estrutura B).
  4. Consequência prática: a estrutura dominante (maior contributora para o híbrido de ressonância) é a Estrutura A, e a molécula é linear com caráter de tripla ligação entre os N e ligação simples N–O com carga parcial no O. A estrutura B é um contributo de ressonância secundário.
  5. Observações extras (resumo físico-químico curto): na realidade \mathrm{N_2O} é uma mistura/resonância dessas estruturas; porém o principal ressonador tem o sinal negativo no oxigénio, por causa da maior eletronegatividade do O e por minimização de energia.

Resposta

Estrutura preferida: \,:\! \mathrm{N} \equiv \mathrm{N}^{+} - \mathrm{O}^{-}\!: (Estrutura A, dominante).
Outra estrutura possível (menos estável): \,:\!\mathrm{N}^{-} = \mathrm{N}^{+} = \mathrm{O} (Estrutura B, contribuinte menor).

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