Encontre as possíveis estruturas de Lewis para o íon \mathrm{N}_{3}{ }^{-}(íon azida), calcule a carga formal de cada átomo nas estruturas e determine qual das estruturas é a mais estável (dominante), justificando sua resposta.
Valores de eletronegatividade de alguns elementos químicos
H
2,2
He
-
hline Li Be B C N O F Ne
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 -
hline Na Mg Al Si P S Cl Ar
0,9 1,3 1,6 1,9 2,1 2,5 3,1 -
hline K Ca Ga Ge As Se Br Kr
0,8 1,0 1,8 2,0 2,1 2,5 2,9 -
hline Rb Sr In Sn Sb Te I Xe
0,8 1,0 1,5 1,9 2,0 2,1 2,6 -
hline

Passo 1

O enunciado pede as estruturas de Lewis do íon azida \mathrm{N}_3^-, calcular a carga formal de cada átomo em cada estrutura e identificar qual delas é a mais estável (dominante). O conteúdo aqui é ressonância e cálculo de carga formal em moléculas poliatômicas. Vamos precisar:
1. Contar elétrons de valência totais.
2. Definir o esqueleto (linear: N–N–N).
3. Distribuir ligações simples, duplas ou triplas e pares não ligantes para satisfazer octeto.
4. Calcular carga formal de cada átomo em cada estrutura.
5. Comparar as estruturas segundo o critério de menor separação de cargas formais.

Passo 2

Determinação do número de elétrons de valência: cada N traz 5 elétrons e há mais 1 elétron devido à carga -1.
5\times3 + 1 = 16\text{ elétrons de valência.}éê
O esqueleto é linear: N—N—N. Vamos montar três possibilidades de distribuição de ligações que preencham octeto em todos os nitrogênios.

Passo 3

Estrutura 1: ligação tripla entre N 1 e N 2, ligação simples entre N 2 e N 3.
\bullet Pares de elétrons não ligantes:
– N 1: 1 par solitário, 3 pares em ligações (tripla);
– N 2: 0 pares solitários, 4 pares em ligações;
– N 3: 3 pares solitários, 1 par em ligação.
Cálculo de carga formal \mathrm{fc}=V - (E_\text{não\,ligantes}) - \tfrac12(E_\text{ligantes})ã:
\begin{aligned} \mathrm{fc}(N_1)&=5 - 2 - \tfrac12\cdot6 =5-2-3 =0,\\\ \mathrm{fc}(N_2)&=5 - 0 - \tfrac12\cdot8 =5-0-4 =+1,\\\ \mathrm{fc}(N_3)&=5 - 6 - \tfrac12\cdot2 =5-6-1 =-2. \end{aligned}
Verificação: 0 + (+1) + (-2) = -1.

Passo 4

Estrutura 2: ligação simples entre N 1 e N 2, ligação tripla entre N 2 e N 3.
\bullet Pares solitários:
– N 1: 3 pares, 1 em ligação;
– N 2: 0 pares, 4 em ligações;
– N 3: 1 par, 3 em ligações.
Cargas formais:
\begin{aligned} \mathrm{fc}(N_1)&=5 - 6 - \tfrac12\cdot2 =5-6-1 =-2,\\\ \mathrm{fc}(N_2)&=5 - 0 - \tfrac12\cdot8 =+1,\\\ \mathrm{fc}(N_3)&=5 - 2 - \tfrac12\cdot6 =0. \end{aligned}
Total: (-2)+(+1)+0=-1.

Passo 5

Estrutura 3: ligações duplas em N 1 =N 2 =N 3.
\bullet Pares solitários:
– N 1: 2 pares, 2 em ligações;
– N 2: 0 pares, 4 em ligações;
– N 3: 2 pares, 2 em ligações.
Cargas formais:
\begin{aligned} \mathrm{fc}(N_1)&=5 - 4 - \tfrac12\cdot4 =5-4-2 =-1,\\\ \mathrm{fc}(N_2)&=5 - 0 - \tfrac12\cdot8 =+1,\\\ \mathrm{fc}(N_3)&=5 - 4 - \tfrac12\cdot4 =-1. \end{aligned}
Total: (-1)+(+1)+(-1)=-1.

Passo 6

Comparando as três estruturas:
  • Estruturas 1 e 2 têm apenas uma separação de carga formal ( +1 e -2), o que gera maior separação de carga em comparação à estrutura 3? Na verdade, em 1 e 2 temos dois centros com carga excessiva: +1 e -2.
  • Estrutura 3 concentra duas cargas negativas e uma positiva, mas apresenta mais separação de regiões carregadas e maior repulsão coulômbica.
  • Os contribuintes mais importantes na ressonância são aqueles com menor número de cargas formais separadas e com cargas em átomos mais eletronegativos quando possível. Como todos os átomos são nitrogênio (mesma eletronegatividade), o critério principal é minimizar a separação de cargas: as estruturas com um triplo e um simples ( 1 e 2) têm apenas uma carga formal positiva e duas negativas mais próximas, ao passo que a de duplas tem cargas mais dispersas.
Portanto, as duas formas com uma ligação tripla e uma simples são os maiores contribuintes (major contributors) e a forma de duplas é a menos estável (minor contributor).

Resposta

As estruturas mais estáveis (dominantes) são
\begin{aligned} &\bigl[\mathrm{N}_1\equiv\mathrm{N}_2-\mathrm{N}_3\bigr]^{-} &\quad(\mathrm{fc} = 0,\,+1,\,-2)\\\ &\bigl[\mathrm{N}_1-\mathrm{N}_2\equiv\mathrm{N}_3\bigr]^{-} &\quad(\mathrm{fc} = -2,\,+1,\,0) \end{aligned}
A contribuição com ligações duplas em série
\mathrm{N}_1=\mathrm{N}_2=\mathrm{N}_3 \quad(\mathrm{fc}=-1,\,+1,\,-1)
é minoritária por envolver maior dispersão de cargas formais.

Exercícios relacionados