Exercício 1: Faça a representação de Lewis das espécies químicas a seguir. Indique a hibridização dos átomos centrais:
NO
NO
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para a espécie
:
- Fazer a representação de Lewis da molécula
. - Indicar a hibridização do átomo central (nitrogênio).
Informações fornecidas e que vamos usar:
- Número de elétrons de valência:
tem elétrons; tem elétrons. - Total de elétrons de valência disponíveis:
elétrons.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência e observação inicial (muito importante):
- Somando, tem-se
elétrons de valência no total. Como é um número ímpar, a espécie terá um elétron desemparelhado (radical) — isso já indica que é paramagnético. - Esqueleto da molécula: como é diatômica, o esqueleto é simplesmente
.
Explicação conceitual rápida (como aplicar na prova): primeiro sempre conte os elétrons de valência; se o total for ímpar, espere um radical. Depois coloque uma ligação simples e distribua elétrons em pares (lone pairs) dando prioridade ao átomo mais eletronegativo (oxigênio).
Passo 3
Distribuição inicial dos elétrons (tentativa com ligação simples):
- Coloca-se inicialmente uma ligação simples
, que consome elétrons. Restam elétrons. - Preenche-se primeiro os pares em
até completar octeto: o oxigênio precisa de mais elétrons (três pares) para ter oito ao redor (já conta os ,2 da ligação). Isso usa dos restantes, sobrando elétrons. - Colocam-se os
elétrons restantes em : isso dá a um par isolado (2 elétrons) e um elétron desemparelhado (1 elétron).
Cálculo de cargas formais nesta disposição:
- Fórmula da carga formal (lembrete para a prova):
- Para a configuração com ligação simples:
-
: (onde são os elétrons não-ligantes em N: um par + um desemparelhado) -
:
-
Portanto a estrutura com ligação simples dá cargas formais
em
e
em
. Podemos melhorar a estrutura verificando se é possível formar uma ligação adicional (ligação dupla) para reduzir cargas formais.
Passo 4
Formação da ligação dupla (melhorando a estrutura):
- Uma das pares do oxigênio pode virar uma ligação adicional para o nitrogênio, formando uma ligação dupla
. - Recontando elétrons: ainda são
elétrons no total; na nova distribuição o oxigênio passa a ter duas pares isolados (4 elétrons) e participa da ligação dupla; o nitrogênio fica com um par isolado e um elétron desemparelhado. - Cargas formais agora:
-
: (onde são os elétrons não-ligantes em N: um par + um desemparelhado; ligação dupla tem 4 elétrons) -
:
-
Conclusão desta etapa: a estrutura com ligação dupla e o elétron desemparelhado no nitrogênio dá cargas formais nulas em ambos os átomos, então é a melhor fórmula de Lewis por critérios de cargas formais mínimas.
Passo 5
Escrevendo a estrutura de Lewis final e interpretando-a (passo-a-passo para a prova):
- Estrutura (descrita em palavras, para desenhar na prova):
com: - No nitrogênio: um par isolado (2 elétrons) e um elétron desemparelhado (radical) — totalizando 3 elétrons não-ligantes no nitrogênio; participa da ligação dupla.
- No oxigênio: dois pares isolados (4 elétrons) além da ligação dupla.
- Verificação do octeto: o oxigênio tem 8 elétrons ao seu redor (dois pares + duas ligações compartilhadas); o nitrogênio tem 7 elétrons ao seu redor (um par isolado + duas ligações na dupla + o elétron desemparelhado) — por ser um radical, o nitrogênio não completa o octeto; isso é aceitável.
- Observação física importante (útil na prova ou num exercício de propriedades): por ter um elétron desemparelhado,
é paramagnético. No nível de teoria de orbitais moleculares, isso leva a um bond order intermediário; mas para o desenho de Lewis aceitamos a estrutura dupla com radical em .
Passo 6
Determinação da hibridização do nitrogênio (como raciocinar rápido na prova):
- Regra prática para hibridização (fórmula usada): contar o número de regiões de densidade eletrônica ligante no átomo central considerando apenas ligações sigma e pares isolados (os elétrons desemparelhados que ocupam orbital p para formar estados π não contam como região que exige hibridização extra).
- No nitrogênio da estrutura final:
- Ligações sigma: a ligação dupla
tem um e um . Para contar hibridização conta-se apenas o (ou seja, uma região de ligação). - Pares isolados:
par isolado em . - Logo o número de regiões (estérico) é
(sigma) (lone pair) .
- Ligações sigma: a ligação dupla
- Com número de regiões
, a hibridização correspondente é . - Interpretação: os dois orbitais
ficam alinhados (uma contém o par isolado e a outra forma o orbital da ligação). Os dois orbitais restantes do nitrogênio ficam perpendicularmente orientados e são usados para formar os orbitais (onde se localiza também o elétron desemparelhado).
Resposta
Estrutura de Lewis:
com o nitrogênio contendo um par isolado e um elétron desemparelhado (radical) e o oxigênio contendo dois pares isolados; cargas formais:
em ambos os átomos.
Hibridização do átomo central (nitrogênio): .
Hibridização do átomo central (nitrogênio):