Escreva as fórmulas estruturais de cada molécula ou íon a seguir, representando, quando for o caso, os elétrons não ligantes (estruturas de Lewis).
\mathrm{CH}_{5} \mathrm{~N}

Passo 1

O enunciado pede que eu escreva as fórmulas estruturais (incluindo, quando for o caso, os elétrons não ligantes — estruturas de Lewis) da espécie cuja fórmula molecular é \mathrm{CH}_5\mathrm{N}.
Informações dadas: apenas a fórmula molecular \mathrm{CH}_5\mathrm{N}. Não há cargas indicadas, então vou assumir a espécie neutra.

Passo 2

Vou explicar o método passo a passo (bem devagarinho, tipo explicando para um colega nervoso antes da prova): para desenhar uma estrutura de Lewis, sigo estes passos gerais:
  1. Contar os elétrons de valência disponíveis.
  2. Escolher o átomo central (hidrogênio nunca é central).
  3. Ligar os átomos com ligações simples primeiro (cada ligação usa 2 elétrons).
  4. Distribuir os elétrons restantes como pares isolados (lone pairs) para completar octetos (ou duetos para H).
  5. Verificar octetos e calcular cargas formais; escolher a estrutura com cargas formais mínimas.
    Sempre que eu usar fórmulas/valores, vou mostrar como calculei.

Passo 3

Contagem dos elétrons de valência para \mathrm{CH}_5\mathrm{N}.
  • Cada átomo de carbono tem \\\ 4 elétrons de valência: \mathrm{C}:4.
  • Cada hidrogênio tem \\\ 1 elétron; há \\\ 5 hidrogênios: \mathrm{H}:5\times1=5.
  • Nitrogênio tem \\\ 5 elétrons de valência: \mathrm{N}:5.
    Total de elétrons de valência:
4 + 5 + 5 = 14.
Então temos \,14 elétrons disponíveis para distribuir.

Passo 4

Escolha do esqueleto (átomo central): hidrogênio não pode ser central (só faz uma ligação). Com apenas um carbono e um nitrogênio, o arranjo mais razoável é o carbono ligado ao nitrogênio, e cada hidrogênio ligado a C ou N de forma a totalizar 5 H. A maneira comum e estável é:
\text{H}_3\text{C}-\text{NH}_2,
isto é, \mathrm{H}_3\mathrm{C}-\mathrm{NH}_2 (metilamina), onde o carbono tem três H e está ligado ao N, e o N tem dois H além da ligação ao C.

Passo 5

Fazer ligações simples e contar os elétrons usados: cada ligação simples usa 2 elétrons. Na estrutura proposta temos as seguintes ligações:
  • 3 ligações \mathrm{C}-\mathrm{H} (para os três H ligados ao C),
  • 1 ligação \mathrm{C}-\mathrm{N},
  • 2 ligações \mathrm{N}-\mathrm{H} (para os dois H ligados ao N).
    Total de ligações = 3+1+2=6. Cada ligação usa 2 elétrons, então elétrons usados em ligações:
6\times 2 = 12\\ \text{elétrons}.é
Como tínhamos 14 elétrons no total, sobram
14 - 12 = 2\\ \text{elétrons}é
para colocar como pares não ligantes.

Passo 6

Distribuir os elétrons restantes para completar octetos/duetos: os 2 elétrons que sobraram viram um par não ligante (lone pair) no átomo mais eletronegativo que ainda precise completar octeto — aqui é o nitrogênio. Então colocamos um par isolado sobre o \mathrm{N}.
Agora cada átomo tem:
  • Hidrogênios: cada H ligado tem 1 ligação (2 elétrons) → dueto satisfeito.
  • Carbono: 3 ligações C–H + 1 ligação C–N = 4 ligações = 8 elétrons ao seu redor → octeto satisfeito.
  • Nitrogênio: 3 ligações (C e 2 H) = 6 elétrons de ligação + 1 par isolado = 2 elétrons → total 8 → octeto satisfeito.

Passo 7

Calcular cargas formais para checar a estabilidade da estrutura. Fórmula da carga formal:
\text{carga formal} = (\text{elétrons de valência do átomo}) - (\text{elétrons não ligantes}) - \tfrac{1}{2}(\text{elétrons em ligações}).éêáéãéçõ
Para o nitrogênio:
5 - 2 - \tfrac{1}{2}(6) = 5 - 2 - 3 = 0.
Para o carbono:
4 - 0 - \tfrac{1}{2}(8) = 4 - 0 - 4 = 0.
Para cada hidrogênio:
1 - 0 - \tfrac{1}{2}(2) = 0.
Todas as cargas formais são zero, portanto essa estrutura é razoável e neutra.

Passo 8

Representações finais (explicando a notação):
  • Fórmula condensada (esqueleto): \mathrm{H}_3\mathrm{C}-\mathrm{NH}_2.
  • Estrutura de Lewis, mostrando o par isolado em \mathrm{N}: é comum escrever como
\mathrm{H}_3\mathrm{C}-\mathrm{N}(\,:\,)\mathrm{H}_2,
onde \,:\, representa o par de elétrons não ligantes sobre o nitrogênio. Se quiser desenhar “em estrela” (mais gráfico), seria algo como:
\begin{array}{c} \\ \\ \\ \text{H}\\\ \\ \\ \\ \vert\\\ \text{H}-\mathrm{C}-\mathrm{N}:\\\ \\ \\ \\ \vert\\\ \\ \\ \\ \text{H} \end{array} \qquad\text{e o }\mathrm{N}\text{ tem também dois H ligados (à direita) e o par }:\\ .éà

Passo 9

Comentário rápido de física-prática para a prova (você pediu didático): memorizando o padrão — para compostos com um carbono e um nitrogênio e cinco hidrogênios, pensar imediatamente em \mathrm{H}_3\mathrm{C}-\mathrm{NH}_2 (metilamina) é uma boa estratégia. Conte elétrons, faça ligações simples, complete octetos e cheque cargas formais; isso resolve a maioria dos casos simples sem sofrer muito.

Resposta

\mathrm{H}_3\mathrm{C}-\mathrm{NH}_2
\mathrm{H}_3\mathrm{C}-\mathrm{N}(\,:\,)\mathrm{H}_2

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