(2,0) O fluoreto de nitrosila, NOF, e um agente oxidante utilizado como combustível espacial. Desenhe três estruturas de Lewis com arranjos atômicos diferentes para o NOF, calcule a carga formal dos átomos e indique qual a estrutura mais provável a se formar. Considere apenas as estruturas com uma ligação simples e uma ligação dupla.

Passo 1

O enunciado pede que eu desenhe três estruturas de Lewis com arranjos atômicos diferentes para \mathrm{NOF}, calcule a carga formal de cada átomo em cada estrutura e indique qual estrutura é a mais provável. É exigido que cada estrutura tenha exatamente uma ligação simples e uma ligação dupla. Informações relevantes que vou usar (tudo dado implicitamente pelo enunciado e pela tabela periódica):
  • Números de elétrons de valência: \mathrm{N}:5, \mathrm{O}:6, \mathrm{F}:7.
  • Total de elétrons de valência do sistema: \;5+6+7=18 elétrons.
  • Cada ligação simples consome 2 elétrons; cada ligação dupla consome 4 elétrons. Com uma ligação simples e uma dupla usamos 2+4=6 elétrons em ligações (restam 18-6=12 elétrons para pares não-ligantes).
  • As três estruturas que vou desenhar têm arranjos atômicos diferentes (ou seja, diferentes conectividades). Vou considerar as seguintes conectividades, todas com uma ligação simples e uma dupla:
    1. \mathrm{F\!-\!N=\!O} (N no centro, dupla N=O, simples N–F).
    2. \mathrm{O\!-\!N=\!F} (N no centro, dupla N=F, simples N–O).
    3. \mathrm{N=\!O\!-\!F} (O no centro, dupla N=O, simples O–F).

Passo 2

Regra para montar Lewis e calcular carga formal (pequena aulinha prática):
  • Montagem: coloco as ligações (uma dupla + uma simples) e então distribuo os pares de elétrons restantes como pares não-ligantes (lone pairs) para completar o octeto de cada átomo, preferindo primeiro completar os átomos terminais.
  • Fórmula da carga formal (CF): \displaystyle \text{CF} = V - N - \frac{B}{2}, onde
    • V é o número de elétrons de valência do átomo isolado ( \mathrm{N}=5,\;\mathrm{O}=6,\;\mathrm{F}=7);
    • N é o número de elétrons não-ligantes (pares solitários) no átomo na estrutura;
    • B é o número total de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (cada simples =2, dupla =4, etc.). Em prática usamos \tfrac{B}{2} como “número de elétrons atribuídos ao átomo vindos das ligações”.
  • Critério de estabilidade qualitativo: preferimos estruturas com menores cargas formais absolutas (idealmente zeros) e, se houver cargas, que o átomo mais eletronegativo carregue a carga negativa.

Passo 3

  1. Coloco as ligações: \mathrm{F\!-\!N=\!O} (uma ligação simples \mathrm{N\!-\!F} e uma dupla \mathrm{N=\!O} ). Isso usa 2+4=6 elétrons.
  2. Restam 18-6=12 elétrons para pares não-ligantes. Distribuo completando octetos dos átomos terminais primeiro:
    • F está ligado por uma simples → precisa de 3 pares não-ligantes ( 3\times2=6 elétrons).
    • O está ligada por dupla → precisa de 2 pares não-ligantes ( 2\times2=4 elétrons).
    • O restante vai para N: já tem 3 pares de ligações (dupla =2 pares, simples =1 par → 3 pares = 6 elétrons), para completar o octeto N precisa de mais 1 par não-ligante ( 2 elétrons).
    • Soma de pares: F:3 pares, O:2 pares, N:1 par → total 3+2+1=6 pares = 12 elétrons OK.
  3. Agora calculemos as cargas formais com a fórmula \text{CF} = V - N - \tfrac{B}{2}:
    • Para \mathrm{N}: V=5; N=2 (1 par); B=6 (dupla 4 + simples 2). Então \text{CF}(\mathrm{N}) = 5 - 2 - \tfrac{6}{2} = 5 - 2 - 3 = 0.
    • Para \mathrm{O}: V=6; N=4 (2 pares); B=4 (dupla). Então \text{CF}(\mathrm{O}) = 6 - 4 - \tfrac{4}{2} = 6 - 4 - 2 = 0.
    • Para \mathrm{F}: V=7; N=6 (3 pares); B=2 (simples). Então \text{CF}(\mathrm{F}) = 7 - 6 - \tfrac{2}{2} = 7 - 6 - 1 = 0.
  4. Resultado da estrutura 1: todas as cargas formais são zero. Todos os átomos satisfazem o octeto. Esta é uma estrutura muito favorável.

Passo 4

  1. Ligações: \mathrm{O\!-\!N=\!F} (simples N–O, dupla N=F) consomem 2+4=6 elétrons.
  2. Restam 12 elétrons para pares não-ligantes. Distribuo:
    • O terminal ligado por simples → precisa de 3 pares ( 6 elétrons).
    • F terminal ligado por dupla → precisa de 2 pares ( 4 elétrons).
    • N (centro) tem dupla + simples → já tem 3 pares em ligações (6 elétrons) → precisa de 1 par não-ligante ( 2 elétrons) para completar octeto.
    • Soma: 3+2+1=6 pares = 12 elétrons OK.
  3. Cálculo das cargas formais:
    • \mathrm{N}: V=5, N=2 (1 par), B=6 \text{CF}(\mathrm{N})=5-2-\tfrac{6}{2}=0.
    • \mathrm{O}: V=6, N=6 (3 pares), B=2 \text{CF}(\mathrm{O})=6-6-\tfrac{2}{2}=6-6-1=-1.
    • \mathrm{F}: V=7, N=4 (2 pares), B=4 \text{CF}(\mathrm{F})=7-4-\tfrac{4}{2}=7-4-2=+1.
  4. Resultado da estrutura 2: cargas formais \mathrm{N}:0,\; \mathrm{O}:-1,\; \mathrm{F}:+1. Note que aqui o flúor (átomo mais eletronegativo) fica com carga formal positiva +1, o que é desfavorável energeticamente.

Passo 5

  1. Ligações: \mathrm{N=\!O\!-\!F} usa 4+2=6 elétrons em ligações.
  2. Restam 12 elétrons para pares não-ligantes. Distribuição:
    • N terminal ligada por dupla → precisa de 2 pares ( 4 elétrons).
    • F terminal ligada por simples → precisa de 3 pares ( 6 elétrons).
    • O central (dupla + simples) tem 3 pares em ligações (6 elétrons) → precisa de 1 par ( 2 elétrons).
    • Soma: 2+3+1=6 pares = 12 elétrons OK.
  3. Cálculo das cargas formais:
    • \mathrm{N}: V=5, N=4 (2 pares), B=4 \text{CF}(\mathrm{N})=5-4-\tfrac{4}{2}=5-4-2=-1.
    • \mathrm{O}: V=6, N=2 (1 par), B=6 \text{CF}(\mathrm{O})=6-2-\tfrac{6}{2}=6-2-3=+1.
    • \mathrm{F}: V=7, N=6 (3 pares), B=2 \text{CF}(\mathrm{F})=7-6-\tfrac{2}{2}=0.
  4. Resultado da estrutura 3: cargas formais \mathrm{N}:-1,\; \mathrm{O}:+1,\; \mathrm{F}:0. Aqui o nitrogênio carrega carga negativa e o oxigênio carga positiva — menos favorável que a estrutura sem cargas.

Passo 6

  1. Resumo das cargas formais:
    • Estrutura 1 ( \mathrm{F\!-\!N=\!O}): \mathrm{N}:0,\; \mathrm{O}:0,\; \mathrm{F}:0.
    • Estrutura 2 ( \mathrm{O\!-\!N=\!F}): \mathrm{N}:0,\; \mathrm{O}:-1,\; \mathrm{F}:+1.
    • Estrutura 3 ( \mathrm{N=\!O\!-\!F}): \mathrm{N}:-1,\; \mathrm{O}:+1,\; \mathrm{F}:0.
  2. Critério de estabilidade:
    • Estruturas com menores cargas formais (em valor absoluto) são preferidas; idealmente todas zero.
    • Se houver carga negativa, é preferível que ela esteja no átomo mais eletronegativo (aqui \mathrm{F}>\mathrm{O}>\mathrm{N}).
    • Estrutura 1 tem todas as cargas formais iguais a zero → é energeticamente a mais favorável.
    • Estrutura 2 coloca carga positiva em \mathrm{F}, que é o mais eletronegativo — muito desfavorável.
    • Estrutura 3 coloca carga negativa em \mathrm{N} (menos eletronegativo que \mathrm{O}), também desfavorável em comparação com estrutura 1.
  3. Conclusão: a estrutura mais provável é a que tem todas as cargas formais zero, ou seja, \mathrm{F\!-\!N=\!O} (que posso escrever também como \mathrm{O=\!N\!-\!F} mostrando a dupla N=O e o F ligado por simples). Essa estrutura satisfaz o octeto para todos e minimiza cargas formais.

Resposta

Estrutura mais provável: \mathrm{F\!-\!N=\!O} com cargas formais \mathrm{N}:0,\; \mathrm{O}:0,\; \mathrm{F}:0.

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