1. Faça a estrutura de Lewis para a molécula de \mathrm{N}_{2} e indique quantas ligações e que tipo de ligações a molécula possui. Dentre as ligações, qual será mais forte?

Passo 1

O enunciado pede:
  • Fazer a estrutura de Lewis da molécula \mathrm{N}_2.
  • Indicar quantas ligações e que tipo de ligações a molécula possui.
  • Dizer, dentre as ligações presentes, qual será a mais forte.
Informações relevantes fornecidas ou necessárias (valores que usarei):
  • Cada átomo de nitrogênio tem 5 elétrons de valência.
  • Número total de elétrons de valência para \mathrm{N}_2: 5+5=10 elétrons.

Passo 2

Primeiro passo prático na construção da estrutura de Lewis: contar elétrons e ligar os átomos por uma ligação simples inicialmente.
  • Total de elétrons de valência: 10.
  • Coloca-se uma ligação simples entre os dois átomos \Rightarrow usa 2 elétrons.
  • Restam 10-2=8 elétrons para distribuir como pares isolados (lone pairs) ou para formar ligações múltiplas.

Passo 3

Tentar satisfazer a regra do octeto (cada N quer 8 elétrons ao seu redor) distribuindo os elétrons restantes:
  • Com uma ligação simples, cada N teria 2 elétrons do par ligado e precisaria de mais 6 elétrons (3 pares) para completar o octeto. Para os dois N precisariam 12 elétrons, mas só há 8. Portanto, ligação simples não satisfaz o octeto.
  • Teste com ligação dupla: duas ligações (4 elétrons usados no total em ligações) deixam 10-4=6 elétrons para pares isolados. Para completar o octeto, cada N (com 4 elétrons vindos das duas ligações) precisaria de mais 4 elétrons (2 pares), então seriam necessários 8 elétrons — novamente insuficiente (só há 6). Logo, ligação dupla também não resolve.
  • Teste com ligação tripla: três ligações entre os N usam 6 elétrons; sobram 10-6=4 elétrons que podem ser distribuídos como 2 elétrons (um par) em cada N. Assim cada N fica com 6 elétrons compartilhados (3 ligações) + 2 não compartilhados = 8 elétrons (octeto satisfeito). Portanto a estrutura com tripla ligação é possível.

Passo 4

Escrever a estrutura de Lewis encontrada e verificar cargas formais.
  • Estrutura proposta: cada N tem um par isolado e três pares compartilhados entre eles. Em notação de Lewis:
:\mathrm{N}\equiv\mathrm{N}:
(Dois pontos à esquerda e à direita representam o par isolado em cada nitrogênio; os três traços representam três pares ligados.)
  • Calcular a carga formal para cada átomo com a fórmula
\text{carga formal}=\text{(elétrons de valência do átomo)}-\text{(elétrons não-ligantes)}-\tfrac{1}{2}\text{(elétrons ligantes)}.éêáéãé
Para cada nitrogênio nesta estrutura:
\text{carga formal}=5-2-\tfrac{1}{2}\cdot 6 =5-2-3=0.
Portanto a estrutura tem cargas formais zero em ambos os átomos — é a melhor (mais estável) estrutura de Lewis.

Passo 5

Identificar quantas ligações e que tipos existem (explicando sigma e pi de forma simples).
  • Entre os dois átomos há três pares de elétrons compartilhados, ou seja, três ligações (ligação tripla).
  • Em termos de natureza das ligações (explicação didática):
    • Uma ligação \sigma é formada por sobreposição “de frente” (head-on) de orbitais; essa sobreposição é mais forte porque há maior compartilhamento de densidade eletrônica entre os núcleos.
    • Uma ligação \pi é formada por sobreposição lateral (side-on) de orbitais p; é geralmente mais fraca que a \sigma individualmente porque a sobreposição é menor.
  • Numa ligação tripla entre átomos do segundo período (como N–N), a decomposição é:
    • uma ligação \sigma (a componente central, head-on),
    • duas ligações \pi (formadas por sobreposição lateral de dois pares de orbitais p).
      Portanto, a estrutura contém uma \sigma e duas \pi.

Passo 6

Responder qual ligação é mais forte (dando a interpretação física e comparativa).
  • Entre as componentes da ligação tripla, a ligação \sigma é mais forte que cada ligação \pi, por causa da maior sobreposição orbital head-on.
  • Comparando ordens de ligação: ligações simples ( \text{ordem}=1), duplas ( \text{ordem}=2) e triplas ( \text{ordem}=3), quanto maior a ordem de ligação maior a energia de ligação e menor o comprimento de ligação. Assim a ligação tripla N≡N (ordem 3) é muito mais forte e mais curta do que uma ligação dupla ou simples N–N.
  • Resumindo: a componente mais forte é a \sigma individual; considerando o conjunto, a ligação tripla (a própria N≡N) é a ligação mais forte entre essas opções.

Resposta

:\mathrm{N}\equiv\mathrm{N}:
Três ligações entre os átomos: uma \sigma e duas \pi.
A componente \sigma é a mais forte individualmente; globalmente a ligação tripla ( \text{ordem}=3) é a ligação mais forte (maior energia e menor comprimento) entre lig. simples/dupla/tripla.

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