Escreva as estruturas de Lewis, calcule a carga formal e escolha a estrutura mais provável para as seguintes moléculas:
(e) \mathrm{NO}_{3}{ }^{-}

Passo 1

O enunciado pede para elaborar as estruturas de Lewis do íon nitrato, \mathrm{NO}_3^-, calcular as cargas formais em cada átomo e indicar qual estrutura é mais provável. Vamos usar conceitos de contagem de elétrons de valência, montagem do esqueleto, distribuição de pares de elétrons para completar octetos, cálculo de carga formal e teoria de ressonância.

Passo 2

Contamos os elétrons de valência disponíveis. O nitrogênio tem 5 elétrons, cada oxigênio tem 6 e o íon traz um elétron extra. Assim,
E_{\text{tot}} = 5 + 3\times6 + 1 = 24\text{ elétrons.}é

Passo 3

Montamos o esqueleto colocando o N no centro ligado a três O por ligações simples. Cada ligação simples consome 2 elétrons, totalizando 6 elétrons usados. Sobram 24 - 6 = 18 elétrons, que distribuímos primeiro para completar o octeto dos oxigênios:
cada O recebe 6 elétrons em pares isolados e, assim, usam-se exatamente 18 elétrons. Nesse arranjo o nitrogênio fica com apenas 6 elétrons em ligações, violando seu octeto. Para resolver isso, convertamos um par isolado de um oxigênio em ligação dupla com N. Assim todos os átomos têm octeto completo.

Passo 4

Calculamos as cargas formais na estrutura com uma dupla ligação em um dos três oxigênios:
– Oxigênio duplamente ligado:
nonbonding =4 elétrons, bonding =4 elétrons
\text{CF} = 6 - 4 - \frac{4}{2} = 0.
– Cada oxigênio com ligação simples:
nonbonding =6 elétrons, bonding =2 elétrons
\text{CF} = 6 - 6 - \frac{2}{2} = -1.
– Nitrogênio:
nonbonding =0 elétrons, bonding =8 elétrons
\text{CF} = 5 - 0 - \frac{8}{2} = +1.
A soma das cargas formais é +1 + 2(-1) = -1, conforme o íon.

Passo 5

Como qualquer um dos três oxigênios pode formar essa ligação dupla, existem três estruturas-limite equivalentes, cada uma com um dos oxigênios duplamente ligado. Essas três formas de Lewis têm todas a mesma distribuição de carga formal e são energeticamente equivalentes.

Passo 6

A estrutura real do íon \mathrm{NO}_3^- é o híbrido de ressonância dessas três formas-limite equivalentes. Nesse híbrido, cada ligação N–O tem ordem de ligação igual a 1\frac{1}{3}, e a carga -1 fica igualmente distribuída pelos três oxigênios.

Resposta

As três estruturas de Lewis equivalentes (ressonância) em que um dos oxigênios forma dupla ligação com o N e os outros dois têm carga formal -1. A estrutura mais provável é o híbrido de ressonância, com todas as ligações N–O de ordem 1{,}33 e carga -1 delocalizada igualmente nos três oxigênios.

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