Escreva estruturas de Lewis para as seguintes espéveis isoeletrônicas: Mostre as cargas formais.
.
Passo 1
O enunciado pede: construir a estrutura de Lewis da espécie isoeletrônica
e mostrar as cargas formais. Informações dadas e relevantes: há dois átomos de nitrogênio; a molécula é neutra; cada átomo de nitrogênio tem
elétrons de valência (pois número atômico do N =
). A estrutura de Lewis deve usar no total todos os elétrons de valência e, preferencialmente, satisfazer a regra do octeto e minimizar cargas formais.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência disponíveis:
Explicação do objetivo prático: queremos distribuir esses
elétrons entre pares ligantes (ligações) e pares isolados (pares de elétrons não ligantes) de modo que cada átomo tenda a ter
elétrons ao redor (regra do octeto), quando possível.
Passo 3
Esqueleto inicial: dois átomos ligados,
. Agora vamos testar ordens de ligação possíveis e ver se satisfazem o octeto e como ficam as cargas formais.
- Tentativa com ligação simples: uma ligação usa
elétrons; restam elétrons a distribuir como pares isolados. Se dividirmos igualmente, cada N teria a ligação (2 elétrons) + elétrons não-ligantes = elétrons ao redor — o que NÃO satisfaz o octeto. Portanto estrutura com ligação simples não é adequada.
Passo 4
- Tentativa com ligação dupla: a ligação dupla usa
elétrons; restam elétrons (três pares) para pares isolados. Três pares não podem ser distribuídos igualmente entre dois átomos idênticos sem gerar assimetrias; uma distribuição possível é colocar dois pares em um N e um par no outro. Nesse caso os octetos não ficam satisfeitos em ambos de forma equivalente e surgem cargas formais. Vamos calcular as cargas formais para essa disposição (apenas para comparar):
Fórmula usada para carga formal:
onde
= elétrons de valência do átomo.
Escolhendo a disposição: N (à esquerda) com dois pares isolados (
) e N (à direita) com um par isolado (
). Em cada caso
(duas ligações → 4 elétrons ao total na ligação, metade para cada átomo é
pares = 4 elétrons contados como ligantes no total; na fórmula usamos o número de elétrons ligantes ao redor do átomo):
Cálculo para o N esquerdo:
Cálculo para o N direito:
Essa solução tem cargas formais
e
, portanto é menos favorável que uma solução com cargas formais próximas de zero.
Passo 5
- Tentativa com ligação tripla: uma ligação tripla usa
elétrons; restam elétrons para pares isolados, ou seja, dois pares, que podem ser colocados como um par isolado em cada átomo. Verificação do octeto: cada tem elétrons provenientes da tripla ligação (contados como 3 ligações para o átomo) mais elétrons do par isolado = elétrons — octeto satisfeito.
Agora calculemos a carga formal de cada átomo nessa configuração:
para cada :
,
(um par isolado),
(três ligações → 6 elétrons compartilhados ao redor do átomo). Aplicando a fórmula:
para cada
Portanto cada átomo de nitrogênio tem carga formal
. Essa estrutura satisfaz o octeto e minimiza as cargas formais, logo é a estrutura de Lewis preferida.
Passo 6
Desenho final da estrutura de Lewis e descrição: cada átomo de N tem um par isolado e eles estão ligados por uma ligação tripla. Em notação de pontos e traços:
Cada
possui um par solitário (dois pontos) e as três ligações (
) entre eles. As cargas formais são
em ambos os átomos.