Escreva as estruturas de Lewis para cada uma das espécies abaixo:
Passo 1
O enunciado pede que eu desenhe as estruturas de Lewis para a espécie
.
Informações dadas e o que vou usar:
Informações dadas e o que vou usar:
- A fórmula é
. - É uma espécie com carga total
. - Vou precisar achar o número total de elétrons de valência e depois distribuir ligações e pares de elétrons de forma a satisfazer a regra do octeto (quando aplicável) e obter a carga correta.
Passo 2
Contagem dos elétrons de valência (passo obrigatório antes de qualquer desenho):
- Carbono:
elétrons de valência. - Hidrogênios: cada
tem ; há hidrogênios → . - Nitrogênios: cada
tem ; há nitrogênios → . - A molécula tem carga neta
, portanto devemos subtrair elétron do total (espécie deficiente de um elétron).
Soma total:
Logo, a espécie tem
elétrons de valência para colocar na estrutura de Lewis.
Passo 3
Escolha do esqueleto (conectividade dos átomos):
- O grupo
normalmente está ligado a um átomo de nitrogênio quando temos . Então o esqueleto razoável é
- Não há razão para colocar carbono no meio: carbono já tem
hidrogênios e pode fazer a quarta ligação com o primeiro nitrogênio. Portanto usaremos .
Passo 4
Colocando ligações simples e contando elétrons usados:
- Faça 3 ligações
(cada ligação usa elétrons): . - Faça 1 ligação
: elétrons. - Faça 1 ligação
(inicialmente simples): elétrons.
Total usado em ligações simples iniciais:
Elétrons restantes para pares não ligantes:
Passo 5
Distribuição inicial dos pares restantes para tentar completar octetos:
- Hidrogênios já têm o dueto satisfeito (cada H tem 2 elétrons na ligação).
- O carbono já tem
ligações (3 H + 1 N) → octeto satisfeito. - Ambas as nitrogênios, assim como estão (cada uma com apenas uma ligação ou duas dependendo), não têm octeto satisfeito ainda: o nitrogênio ligado ao carbono (chamo de N1) tem por enquanto 2 ligações (C–N e N–N) = 4 elétrons compart., ou seja, insuficiente.
- Colocando os
pares (6 elétrons) primeiramente no átomo terminal (N2) é a escolha padrão. Se colocarmos os três pares em N2, N2 ficará com 3 pares + uma ligação → octeto satisfeito, mas N1 continuará com apenas 2 ligações (insuficiente). - Para satisfazer o octeto em N1, precisamos formar ligações múltiplas entre N1 e N2, ou seja, converter pares não ligantes de N2 em pares de ligação N–N. Vamos fazer isso até que todos os átomos (que precisam) atinjam o octeto.
Passo 6
Formando ligações múltiplas para satisfazer octetos (procedimento clássico):
- Se convertermos dois dos pares livres em N2 em pares de ligação N–N, teremos uma ligação tripla entre N1 e N2:
- Resultado:
com N2 tendo um par não ligante restante.
- Resultado:
- Vamos contar elétrons e verificar octetos e cargas formais nesse arranjo:
- Ligações presentes:
C–H, C–N, N≡N (três pares de ligação entre os N). - Contagem de elétrons em ligações:
elétrons em ligações + elétrons do par não ligante restante em N2 = elétrons totais — bate com a contagem.
- Ligações presentes:
- Agora calculemos as cargas formais usando a fórmula
- Para o carbono: valência
, não ligantes , elétrons de ligação (4 ligações) ⇒
- Para o nitrogênio ligado ao carbono (N1): valência
, não ligantes , elétrons de ligação (1 ligação C–N + 3 ligações N–N = 4 ligações) ⇒
- Para o nitrogênio terminal (N2): valência
, não ligantes (um par), elétrons de ligação (três ligações N–N) ⇒
- Hidrogênios: cada um FC
. - Soma das cargas formais:
, que coincide com a carga total do íon. Portanto a estrutura com ligação tripla e carga localizada no nitrogênio ligado ao carbono (N1) é uma estrutura válida de Lewis:
onde o
indica um par não ligante no nitrogênio terminal.
Passo 7
Explique a existência de formas ressonantes (muito importante na prova):
- A posição da carga positiva pode ser deslocada pelo movimento de pares de elétrons entre os nitrogênios: uma das formas ressonantes é obtida ao mover um par de ligação da tripla para virar um par não ligante no nitrogênio terminal e, simultaneamente, transformar um par não ligante do nitrogênio terminal em ligação. O resultado é uma estrutura com ligação dupla entre os nitrogênios e uma distribuição diferente de pares e cargas.
- Vamos escrever explicitamente outra forma ressonante, onde agora o nitrogênio ligado ao carbono (N1) tem um par não ligante e o nitrogênio terminal (N2) apresenta carga positiva. Nessa forma:
- N1 tem uma ligação simples com C e uma ligação dupla com N2, mais um par não ligante → N1 fica neutro.
- N2 tem uma ligação dupla com N1, um par não ligante e fica com carga
.
- Calculando cargas formais nessa forma:
- N1: valência
, não ligantes , elétrons de ligação ⇒ . - N2: valência
, não ligantes , elétrons de ligação ⇒ . - Soma das FC novamente
. Essa é outra forma de Lewis válida:
- N1: valência
(ambos os nitrogênios mostram agora um par não ligante; o
indica a ligação dupla N=N; o
indica a carga localizada no nitrogênio terminal nesta forma).
Passo 8
Conclusão sobre as estruturas e dica prática para prova:
- A espécie
é um íon diazonio (tipo R–N2+). A melhor representação real é o híbrido de ressonância entre as formas que desenhei: uma com ligação tripla N≡N e carga positiva situada no nitrogênio ligado ao carbono, e outra com ligação dupla N=N e carga positiva localizada no nitrogênio terminal. Na prova, é importante: - Mostrar ambas as formas de ressonância e indicar a flecha de ressonância
. - Calcular explicitamente as cargas formais (como fiz) para justificar a distribuição de cargas.
- Contar e checar sempre o total de elétrons (aqui
) para não errar.
- Mostrar ambas as formas de ressonância e indicar a flecha de ressonância