Escreva a estrutura de Lewis para No caso em que houver mais que uma estrutura de ressonância importante, dê todas as suas contribuições. Determine a geometria do átomo central usando a teoria RPECV.
NOF
NOF
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Escrever a(s) estrutura(s) de Lewis para a molécula NOF, listando todas as contribuições de ressonância importantes.
- Determinar a geometria do átomo central usando a teoria RPECV.
Informações dadas/necessárias (valência dos átomos):
- Nitrogênio:
elétrons de valência. - Oxigênio:
elétrons de valência. - Flúor:
elétrons de valência.
Total de elétrons de valência disponíveis:
Passo 2
Breve revisão das regras práticas para desenhar estruturas de Lewis (passo a passo que vamos aplicar):
- Contar os elétrons de valência totais (já feito).
- Escolher o átomo central: normalmente o menos eletronegativo (exceto H). Não escolher H como central.
- Ligar átomos por ligações simples primeiro (cada ligação =
elétrons). - Distribuir elétrons restantes como pares isolados primeiro nos átomos externos para completar octetos, depois no átomo central.
- Se algum átomo não tiver octeto, formar ligações múltiplas (dupla/tripla) movendo pares isolados em ligação.
- Calcular cargas formais para avaliar qual estrutura é mais razoável.
Fórmula para carga formal (explicada):
onde
é elétrons de valência do átomo livre,
é número de elétrons não ligantes no átomo, e
é número total de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo.
Passo 3
Escolha do átomo central:
- Entre
, e , o menos eletronegativo (e que costuma ser central) é o . Logo escolhemos como átomo central e ligamos e a ele:
Passo 4
Distribuição inicial de elétrons com ligações simples:
- Duas ligações simples:
e . Cada ligação usa elétrons, então ligações usam elétrons. - Elétrons restantes:
elétrons para colocar como pares isolados.
Colocando pares isolados para completar octetos dos átomos externos primeiro:
- Flúor precisa completar octeto: já tem 1 ligação (2 elétrons), precisa de mais
elétrons coloca-se pares isolados em . - Oxigênio (com ligação simples no esboço) precisa completar octeto: já tem 1 ligação, precisa de
elétrons coloca-se pares isolados em .
Isso consome
elétrons dos
disponíveis. Sobra
elétrons, que vão para o átomo central
como
par isolado.
Resumo desta configuração inicial (todas ligações simples):
- Pares isolados:
pares, pares, par. - Todos os elétrons foram usados:
(ligações) + (pares em F e O) + (par em N) = .
Passo 5
Cálculo das cargas formais para a configuração com duas ligações simples:
- Para
: , não-lig (um par), elétrons de ligação ao redor de N (duas ligações simples 4 elétrons) então
- Para
: , não-lig , ligação simples contribui com elétrons então
- Para
: , não-lig , ligação simples elétrons então
Resultado: configuração com ligações simples dá cargas formais
,
,
. Essa situação sugere que podemos reduzir a separação de carga (ou obter cargas formais menores) formando uma ligação múltipla onde for apropriado.
Passo 6
Tentar melhorar a distribuição de cargas: formar uma dupla ligação entre
e
movendo um par isolado de
para formar
.
Após formar
:
- Ligações:
(dupla, elétrons) e (simples, elétrons) → total ligações elétrons. - Pares isolados:
mantém pares isolados ( elétrons); passa a ter pares isolados ( elétrons); mantém par isolado ( elétrons). - Soma:
(ligações) + (pares isolados) = elétrons — tudo ok.
Recalcular cargas formais nesta estrutura:
-
: , não-lig , elétrons de ligação ao redor de N (uma ligação dupla = 4 elétrons e uma simples = 2 elétrons), então
-
: , não-lig , elétrons de ligação ao redor de O (dupla), então
-
: , não-lig , ligação simples elétrons, então
Agora todas as cargas formais são
. Isso costuma indicar a estrutura de Lewis mais estável/ significativa:
com os pares isolados indicados.
Passo 7
Ressonância: existem outras formas de escrever ligações movendo pares, por exemplo uma estrutura onde
(dupla) e
(simples), o que levaria a cargas formais
e
. Essa contribuição existe formalmente como ressonância, mas é energeticamente desfavorável porque colocaria carga positiva no átomo mais eletronegativo (
). Portanto:
- Contribuição dominante: estrutura neutra com
e . - Contribuição secundária (menor): estrutura com
e (tem separação de cargas e ) — pouco importante.
Passo 8
Confirmação do octeto e observações finais sobre ligações:
- Na estrutura dominante, todos os átomos têm octeto satisfeito:
(8 e-), (8 e-), (8 e- contando ligações). - Nitrogênio aqui tem uma dupla com oxigênio, uma simples com flúor e
par isolado.
Passo 9
Determinação da geometria do átomo central
usando a teoria RPECV (VSEPR):
- Contar regiões eletrônicas ao redor de
: cada ligação (simples ou múltipla) conta como uma região; cada par isolado conta como uma região. Em nossa estrutura existe: -
(uma região), -
(uma região), -
par isolado em (uma região).
Portanto número de regiões eletrônicas.
-
- Geometria eletrônica para
regiões: \emph{trigonal planar}. - Geometria molecular (considerando que uma dessas regiões é um par isolado): \emph{angular} (ou \emph{dobrado}, “bent”).
- Ângulo de ligação esperado: idealmente
para trigonal planar; porém o par isolado ocupa mais espaço e comprime o ângulo de ligação, então o ângulo será um pouco menor que . Além disso, ligações múltiplas ocupam levemente mais espaço que ligações simples, reforçando pequenas variações. Em resumo: ângulo aproximado (ligeiramente menor por efeito do par isolado).
Passo 10
Resumo final didático (como desenhar rapidamente na prova):
- Contar elétrons:
. - Montar esqueleto
. - Preencher octetos em F e O primeiro; ajustar N formando
se necessário para zerar cargas formais. - Resultado: estrutura principal
com pares isolados: tem pares, tem pares, tem par. - Geometria segundo RPECV: eletrônico trigonal planar, molecular angular (dobrado), aproximadamente
.
Resposta
Estrutura principal de Lewis:
com pares isolados:
tem
pares,
tem
pares,
tem
par; cargas formais todas
.
Contribuição secundária (resonante, menos importante):
com
e
(menos relevante porque coloca carga positiva em
).
Geometria do átomo central
(RPECV): geometria eletrônica \emph{trigonal planar} (
regiões eletrônicas), geometria molecular \emph{angular} (dobrado); ângulo
ligeiramente menor que
.