9- Escreva as estruturas de ressonância para o cátion nitril,
e do cloreto de nitrila,
(N é o átomo central).
Teórica
Teórica
Passo 1
O enunciado pede que eu escreva as estruturas de ressonância para:
e para
, com o átomo de nitrogênio (
) como átomo central.
Informações dadas (diretas do enunciado):
Informações dadas (diretas do enunciado):
- Espécies a desenhar:
(cátion) e (neutro). - O átomo central é
.
O que preciso entregar:
- As estruturas de Lewis / ressonância (todas as formas canônicas relevantes) para cada espécie, indicando cargas formais quando for apropriado, e justificar por que aquelas são as formas principais de ressonância.
Passo 2
Breve método que vou usar (passos gerais para desenhar Lewis e ressonância — explicado passo a passo para você conseguir aplicar na prova):
- Contar elétrons de valência totais (somar valência dos átomos e subtrair/ajustar para carga total).
- Montar a esqueleto com
no centro e ligando os outros átomos a ele por ligações simples. - Distribuir elétrons restantes como pares não-ligantes primeiro em átomos externos para completar octeto (ou como possível).
- Se algum átomo (especialmente
) ficar sem octeto, formar ligações múltiplas (duplas/triplas) movendo pares dos átomos eletronegativos para formar ligações. - Calcular cargas formais para cada átomo em cada estrutura e escolher as estruturas com menores cargas formais magnitudes e distribuição razoável (cargas negativas preferencialmente em átomos mais eletronegativos).
- Identificar formas de ressonância: estruturas que diferem apenas na posição de elétrons π (ligações múltiplas e pares eletrônicos), mantendo o mesmo arranjo dos núcleos.
Vou aplicar exatamente isso para cada espécie, explicando cada conta.
Passo 3
Desenhando
- Contagem de elétrons de valência:
-
Esqueleto: com
central ligado a duas :
. Uso inicialmente duas ligações simples: isso usa elétrons. Restam elétrons para distribuir. -
Completar octetos nos oxigênios externos primeiro: cada
precisa de 8 elétrons ao redor (contando elétrons de ligação). Com ligações simples cada necessita de 3 pares (6 elétrons) em pares isolados para completar o octeto. Colocando 3 pares em cada usa elétrons — exatamente os que restavam. Agora a distribuição seria:
- cada
: 3 pares (seis elétrons) + 1 par de ligação com = 8 elétrons (octeto ok); -
: apenas duas ligações simples (4 elétrons ao redor) -> octeto NÃO preenchido.
-
Para dar octeto ao
precisamos transformar um par não-ligante de um oxigênio em um par ligado (formando ligação dupla ). Como há dois oxigênios idênticos, podemos formar ligações duplas com ambos ao mesmo tempo? Verificando elétrons: se eu transformar ambos os em duplas, cada oxigênio perde um par isolado para formar ligação dupla; isso não adiciona/retira elétrons, apenas redistribui, e o nitrogênio ficaria com duas ligações duplas, totalizando 8 elétrons ao seu redor (2 pares de cada dupla = 4 pares = 8 elétrons) — octeto satisfeito. Vamos checar formalmente. -
Forma resultante:
(ambas ligações duplas). Agora verificar cargas formais:
- Cada oxigênio em ligação dupla: valência
, tem elétrons não-ligantes e recebe elétrons de ligações (metade dos 4 da ligação dupla) → elétrons atribuídos = → carga formal . - Nitrogênio: valência
, sem pares isolados e com duas ligações duplas (4 pares de ligação, 8 elétrons de ligação; metade atribuída = 4 elétrons) → elétrons atribuídos = → carga formal .
A soma das cargas formais é, consistente com a carga do íon.
- Ressonância: trocar a posição das duplas entre oxigênios produziria uma forma equivalente; porém aqui as duas duplas existem simultaneamente (ambas duplas) — geometricamente a estrutura é
, linear e simétrica. Não existem formas alternativas com melhores (mais baixas) cargas formais; a representação padrão é a de duas ligações duplas com . Podemos dizer que as formas “trocam” os rótulos dos oxigênios, mas elas são idênticas por simetria. Então a contribuição de ressonância é essencialmente uma única forma canônica (ou duas idênticas por troca de oxigênios).
Resumo da conclusão para
: estrutura de Lewis dominante é
(linear), com
com carga formal
e cada
carga formal
.
Passo 4
Desenhando
(nitryl chloride),
central
- Contagem de elétrons de valência:
-
Esqueleto: com
central ligado a e aos dois :
e (dois oxigênios ligados ao N). Começo com ligações simples: isso usa elétrons. Restam elétrons para distribuir. -
Completar octetos nos átomos externos (
e os dois ):
-
com ligação simples precisa de 3 pares isolados (6 elétrons) para completar octeto. - Cada
, se permanecer com ligação simples, precisaria de 3 pares (6 elétrons) também.
Colocando 3 pares em cadae 3 pares em usaria elétrons — exatamente os que restavam. Após isso: - cada
: octeto completo com ligação simples (boa), -
: octeto completo com ligação simples (boa), -
: tem apenas três ligações simples ao redor → 6 elétrons ao redor → NÃO satisfez octeto.
-
Para satisfazer o octeto do
precisamos formar ligação dupla com um dos oxigênios, movendo um par isolado de um oxigênio para formar a ligação . Assim terá uma ligação dupla a um oxigênio (contando 4 elétrons), e duas ligações simples (uma ao outro oxigênio e uma ao cloro), somando 8 elétrons ao redor do nitrogênio — octeto satisfeito. Importante: não é possível formar duas ligações duplas ao mesmo tempo sem exceder o octeto do nitrogênio (duas duplas + uma simples daria 10 elétrons no N), então a solução é ter exatamente UMA ligação dupla com oxigênio e a outra ligação ao oxigênio ser simples. -
Após isso, distribuo pares isolados:
- Oxigênio ligado por dupla: terá 2 pares isolados (4 elétrons) + 2 pares de ligação = 8 elétrons → formal charge 0.
- Oxigênio ligado por simples: terá 3 pares isolados (6 elétrons) + 1 par de ligação → total atribuído =
elétrons → formal charge . - Nitrogênio: sem pares isolados e com uma dupla + duas simples → elétrons atribuídos = metade das ligações =
→ formal charge . - Cloro: com ligação simples e 3 pares isolados → elétrons atribuídos =
→ formal charge .
-
Assim uma forma canônica é:
onde um oxigênio está duplamente ligado (neutro) e o outro é simples e carrega carga formal; carrega , é neutro. -
Ressonância: as duas posições dos oxigênios são equivalentes (os dois oxigênios ligam-se ao mesmo átomo
e são indistinguíveis por átomo), portanto existe uma segunda forma canônica na qual a dupla é com o outro oxigênio e a carga negativa está sobre o primeiro. Ou seja, as duas formas canônicas principais são:
Estas duas estruturas são intercambiáveis por ressonância e o híbrido de ressonância delocaliza a carga negativa sobre os dois oxigênios, conferindo caráter parcial de dupla ligação a ambas
e uma carga parcial positiva no nitrogênio. O cloro permanece formalmente neutro em ambas as formas (e não é o local da carga negativa, que fica nos oxigênios — que são mais eletronegativos).
Passo 5
Observações finais didáticas e dicas para a prova (curtas e úteis):
- Sempre conte elétrons de valência corretamente e ajuste pela carga do íon (subtraindo elétrons para cátions).
- Nitrogênio não pode ter mais que 8 elétrons ao redor (regra do octeto) na grande maioria das estruturas de Lewis; isso guia quantas ligações duplas são possíveis.
- Ao calcular cargas formais: carga formal = (valência do átomo)
(nº elétrons não-ligantes atribuídos ao átomo) (metade dos elétrons de ligação atribuídos). - Para encontrar as formas de ressonância, procure movimentos de pares eletrônicos que preservem o número e a localização dos núcleos (movimentos de π e pares que criam/rompem ligações múltiplas entre os mesmos átomos).
- Em
lembre-se: o resultado correto é que a carga negativa fica sobre oxigênios (mais eletronegativos), e o nitrogênio fica com carga positiva — isso é o que minimiza energia (bom pra resolver rápido na prova).