Dê a hibridação do átomo em vermelho negrito das seguintes moléculas e identifique o número de ligações
(sigma) e
(pi):
;
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para a molécula
: (1) a hibridação do átomo em vermelho negrito e (2) o número de ligações
e
envolvendo esse átomo.
Como não foi enviada imagem, vou assumir —seguindo o caso mais comum nessa questão— que o átomo em vermelho negrito é o nitrogênio central. As informações que temos (do enunciado) são apenas a fórmula e que devemos analisar o átomo destacado.
Como não foi enviada imagem, vou assumir —seguindo o caso mais comum nessa questão— que o átomo em vermelho negrito é o nitrogênio central. As informações que temos (do enunciado) são apenas a fórmula
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (passo obrigatório para montar a estrutura de Lewis). Vou explicar devagarinho como contar:
- Nitrogênio tem
elétrons de valência. - Cada oxigênio tem
elétrons de valência, e há oxigênios: isso dá . - O íon tem carga
, ou seja, tem elétron extra.
Escrevendo em fórmula:
Logo há
elétrons no total, que correspondem a
pares eletrônicos para distribuir.
Passo 3
Montagem da estrutura de Lewis e justificativa (passo a passo e explicando porque fazemos cada escolha):
-
Coloca-se o nitrogênio no centro e os três oxigênios ao redor. Inicialmente liga-se o nitrogênio a cada oxigênio com uma ligação simples. Cada ligação simples usa um par de elétrons (um par é contado como ligação). Após colocar as três ligações simples, usamos
pares (ou elétrons) das pares totais. Restam pares para completar octetos. -
Distribui-se os pares restantes nos oxigênios para completar o octeto deles. Cada oxigênio precisa de 3 pares adicionais (além da ligação simples) para completar o octeto. Colocando três pares em cada oxigênio usamos
pares, exatamente os que restavam. -
Agora verifique o nitrogênio: ele está ligado a três oxigênios por ligações simples (3 pares usados para ligar) e não tem pares isolados, então tem somente
elétrons ao redor — ficou com octeto incompleto (o nitrogênio tende a ter 8 elétrons). Para satisfazer o octeto do nitrogênio convém transformar uma das ligações N–O simples em dupla (ou seja, formar uma ligação com compartilhamento adicional), usando um par de elétrons não ligantes de um oxigênio para fazer a ligação . -
Esse procedimento gera uma estrutura de Lewis com uma ligação dupla N=O e duas ligações simples N–O, e as cargas formais resultantes são: nitrogênio com carga
e um dos oxigênios com carga 0 (o ligado por dupla), os outros dois oxigênios com carga cada? Na verdade, há redistribuição por ressonância: existem três estruturas-resonância equivalentes nas quais a dupla pode estar em qualquer uma das três ligações N–O. O resultado real é que as três ligações N–O são equivalentes e o elétron está deslocalizado.
Observação sobre carga total: como contamos inicialmente o elétron extra, a carga total do íon é
e a soma das cargas formais nas ressonâncias confirma isto.
Passo 4
Determinação da hibridação do átomo central (a parte didática concreta):
Regra prática e simples para hibridação: conta-se o número de regiões de densidade eletrônica (ou “domínios eletrônicos”) ao redor do átomo central — cada ligação simples, cada ligação múltipla (conta como uma região) e cada par isolado contam como um domínio. Depois relaciona-se com a hibridação:
- 2 domínios →
- 3 domínios →
- 4 domínios →
No nosso caso, no nitrogênio central:
- há três ligações N–O (mesmo que uma seja, em uma ressonância, dupla, todas três contam como 3 domínios distintos), e não há pares isolados no nitrogênio.
Portanto número de domínios ao redor do nitrogênio. Logo a hibridação é
Explicando o que isso significa qualitativamente: o nitrogênio usa três orbitais híbridos
(dispostos em um plano trigonal, ângulo próximo de
) para formar as três ligações sigma com os oxigênios. Resta um orbital
não hibridizado no nitrogênio, perpendicular ao plano, que participa do sistema
deslocalizado com orbitais
dos oxigênios.
Passo 5
Contagem de ligações
(sigma) envolvendo o átomo em questão — explicando a regra usada:
- Cada ligação simples contém exatamente uma ligação
. - Uma ligação dupla contém uma
e uma . - Em ressonância, as ligações efetivas podem ser parcialmente duplas, mas a contagem de
por par de átomos costuma corresponder ao número de ligações diretas entre aqueles átomos (cada conexão tem uma ).
No
real há três ligações N–O (três conexões entre N e O). Assim o número de ligações
no nitrogênio central é
Passo 6
Contagem de ligações
(pi) envolvendo o átomo em questão — explicando cuidadosamente a ideia de ressonância e delocalização:
- Nas estruturas-resonância uma das três ligações é uma dupla (contendo uma
localizada) e as outras duas são simples (sem ). Portanto, em cada forma-resonância há exatamente uma ligado ao nitrogênio. - Na descrição real, essa
está deslocalizada sobre as três ligações N–O; matematicamente temos um único par de elétrons (dois elétrons) espalhado pelo sistema. Por isso diz-se que há “uma ligação deslocalizada” envolvendo o nitrogênio e os oxigênios.
Assim o número total de ligações
envolvendo o nitrogênio (considerando a molécula real / estado ressonante) é
Se quiser, pode interpretar também como ordem de ligação média entre N e cada O igual a
(pois há 3 ligações
e 1
no total distribuídas entre três N–O), mas o que foi pedido era apenas o número de ligações
e
.
Passo 7
Resumo físico-químico final e pequena motivação para lembrar na prova:
- Hibridação
→ é útil procurar “3 regiões de densidade” ao redor do átomo. - Sempre conte
como uma por conexão direta; aparece por cada ligação múltipla, ou por elétrons deslocalizados (ressonância) conte-os como um total fracionado se necessário, mas aqui contabilizamos o total real de pares (um par → uma ligação ). - Dica de prova: desenhe rapidamente a estrutura de Lewis, conte domínios para hibridação, e conte
e como expliquei. Respira fundo — funciona sempre.