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
, 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:
, , . - Total de elétrons de valência do sistema:
elétrons. - Cada ligação simples consome
elétrons; cada ligação dupla consome elétrons. Com uma ligação simples e uma dupla usamos elétrons em ligações (restam 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:
-
(N no centro, dupla N=O, simples N–F). -
(N no centro, dupla N=F, simples N–O). -
(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):
, onde -
é o número de elétrons de valência do átomo isolado ( ); -
é o número de elétrons não-ligantes (pares solitários) no átomo na estrutura; -
é o número total de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (cada simples =2, dupla =4, etc.). Em prática usamos 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
- Coloco as ligações:
(uma ligação simples e uma dupla ). Isso usa elétrons. - Restam
elétrons para pares não-ligantes. Distribuo completando octetos dos átomos terminais primeiro: - F está ligado por uma simples → precisa de 3 pares não-ligantes (
elétrons). - O está ligada por dupla → precisa de 2 pares não-ligantes (
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 (
elétrons). - Soma de pares: F:3 pares, O:2 pares, N:1 par → total
pares = elétrons OK.
- F está ligado por uma simples → precisa de 3 pares não-ligantes (
- Agora calculemos as cargas formais com a fórmula
: - Para
: ; (1 par); (dupla 4 + simples 2). Então - Para
: ; (2 pares); (dupla). Então - Para
: ; (3 pares); (simples). Então
- Para
- Resultado da estrutura 1: todas as cargas formais são zero. Todos os átomos satisfazem o octeto. Esta é uma estrutura muito favorável.
Passo 4
- Ligações:
(simples N–O, dupla N=F) consomem elétrons. - Restam
elétrons para pares não-ligantes. Distribuo: - O terminal ligado por simples → precisa de 3 pares (
elétrons). - F terminal ligado por dupla → precisa de 2 pares (
elétrons). - N (centro) tem dupla + simples → já tem 3 pares em ligações (6 elétrons) → precisa de 1 par não-ligante (
elétrons) para completar octeto. - Soma:
pares = elétrons OK.
- O terminal ligado por simples → precisa de 3 pares (
- Cálculo das cargas formais:
-
: , (1 par), → . -
: , (3 pares), → . -
: , (2 pares), → .
-
- Resultado da estrutura 2: cargas formais
. Note que aqui o flúor (átomo mais eletronegativo) fica com carga formal positiva , o que é desfavorável energeticamente.
Passo 5
- Ligações:
usa elétrons em ligações. - Restam
elétrons para pares não-ligantes. Distribuição: - N terminal ligada por dupla → precisa de 2 pares (
elétrons). - F terminal ligada por simples → precisa de 3 pares (
elétrons). - O central (dupla + simples) tem 3 pares em ligações (6 elétrons) → precisa de 1 par (
elétrons). - Soma:
pares = elétrons OK.
- N terminal ligada por dupla → precisa de 2 pares (
- Cálculo das cargas formais:
-
: , (2 pares), → . -
: , (1 par), → . -
: , (3 pares), → .
-
- Resultado da estrutura 3: cargas formais
. Aqui o nitrogênio carrega carga negativa e o oxigênio carga positiva — menos favorável que a estrutura sem cargas.
Passo 6
- Resumo das cargas formais:
- Estrutura 1 (
): - Estrutura 2 (
): - Estrutura 3 (
):
- Estrutura 1 (
- 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
). - Estrutura 1 tem todas as cargas formais iguais a zero → é energeticamente a mais favorável.
- Estrutura 2 coloca carga positiva em
, que é o mais eletronegativo — muito desfavorável. - Estrutura 3 coloca carga negativa em
(menos eletronegativo que ), também desfavorável em comparação com estrutura 1.
- Conclusão: a estrutura mais provável é a que tem todas as cargas formais zero, ou seja,
(que posso escrever também como 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:
com cargas formais
.