Questão 1: O óxido nitroso (
) é um gás incolor e tem os seus átomos ligados na ordem da fórmula química de modo a formar uma molécula linear. Desenhe as estruturas de ressonância da molécula
e, a partir do cálculo da carga formal de cada uma das espécies, determine a estrutura de ressonância mais estável.
Passo 1
O enunciado pede que eu desenhe as estruturas de ressonância da molécula linear
(ordem dos átomos dada pela fórmula: terminal nitrogênio — nitrogênio central — oxigênio) e que eu determine, a partir do cálculo das cargas formais, qual estrutura de ressonância é a mais estável. Informações relevantes dadas pelo enunciado:
- A molécula é linear e os átomos aparecem na ordem
. - Preciso desenhar estruturas de ressonância e calcular cargas formais para decidir a mais estável.
- Não há outra figura ou dado adicional. Vou usar a contagem de elétrons de valência e a regra do octeto para construir as estruturas plausíveis.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (isso é essencial para construir as estruturas):
- Cada nitrogênio tem
elétrons de valência; há dois nitrogênios . - O oxigênio tem
elétrons de valência. - Total de elétrons de valência =
.
Vou começar com o esqueleto linear obrigatório
(vou numerar os átomos para ficar claro:
terminal à esquerda,
central,
terminal à direita). Cada ligação simples consome
elétrons; com duas ligações simples iniciais (
e
) usamos
elétrons e restam
elétrons para distribuir como pares isolados ou para formar múltiplas ligações conforme a regra do octeto.
Passo 3
Possíveis padrões de ligações (estruturas de ressonância plausíveis), dada a contagem de elétrons e a necessidade de satisfazer o octeto:
- Estrutura A:
(tripla entre e , simples entre e ). - Estrutura B:
(dupla entre – e dupla entre – ). - Estrutura C:
(simétrica de A, com tripla entre e e simples entre e ).
Para cada uma vou completar os pares isolados de modo que cada átomo atinja o octeto (quando possível), e depois calcular as cargas formais para comparar estabilidade.
Passo 4
Explicação e fórmula da carga formal (método que usarei): a carga formal de um átomo é dada por
Aqui:
- “elétrons não compartilhados” = pares isolados atribuídos ao átomo.
- “elétrons em ligações” = todos os elétrons das ligações em que o átomo participa (cada ligação simples = 2 elétrons, dupla = 4, tripla = 6).
Vou aplicar essa fórmula passo a passo em cada estrutura.
Passo 5
Cálculo de cargas formais para a Estrutura A:
Desenho e distribuição de elétrons (usando os
elétrons totais):
- Ligações: tripla
(6 elétrons), simples (2 elétrons) → total elétrons em ligações. Restam elétrons para pares isolados. - Para satisfazer octetos:
(com tripla) precisa de 1 par isolado (2 elétrons) para completar 8; (tripla + simples) já tem elétrons em ligações, então não tem pares isolados; (ligado por simples) precisa de 3 pares isolados (6 elétrons). Soma dos pares isolados: , fecha a conta.
Agora cargas formais (uso a fórmula para cada átomo):
- Para
: valência , elétrons não compartilhados , elétrons em ligações .
- Para
: valência , elétrons não compartilhados , elétrons em ligações .
- Para
: valência , elétrons não compartilhados , elétrons em ligações .
Resumo Estrutura A:
.
Passo 6
Cálculo de cargas formais para a Estrutura B:
Distribuição de elétrons:
- Ligações: duas duplas (cada uma 4 elétrons) →
elétrons em ligações. Restam para pares isolados. - Para octeto:
com dupla precisa de 2 pares isolados (4 elétrons); (dupla em ambos os lados) tem suas 8 elétrons em ligações e, portanto, pares isolados; com dupla precisa de 2 pares isolados (4 elétrons). Soma , bate com o total restante.
Agora cargas formais:
- Para
: valência , não compartilhados , elétrons em ligações .
- Para
: valência , não compartilhados , elétrons em ligações .
- Para
: valência , não compartilhados , elétrons em ligações .
Resumo Estrutura B:
.
Passo 7
Cálculo de cargas formais para a Estrutura C:
Distribuição:
- Ligações: simples
(2 elétrons) e tripla (6 elétrons) → elétrons em ligações; restam para pares isolados. - Para octeto:
(simples) precisa de 3 pares isolados (6 elétrons); (simples + tripla) tem 8 elétrons em ligações e 0 pares isolados; (tripla) precisa de 1 par isolado (2 elétrons). Soma , ok.
Cargas formais:
- Para
: valência , não compartilhados , elétrons em ligações .
- Para
: valência , não compartilhados , elétrons em ligações .
- Para
: valência , não compartilhados , elétrons em ligações .
Resumo Estrutura C:
.
Passo 8
Comparação das estruturas e escolha da mais estável — raciocínio didático:
- Princípio básico: estruturas de ressonância mais estáveis tendem a minimizar a separação e a magnitude das cargas formais, e colocam cargas negativas em átomos mais eletronegativos.
- Resultado das cargas:
- Estrutura A: cargas
em . - Estrutura B: cargas
. - Estrutura C: cargas
.
- Estrutura A: cargas
- A Estrutura C é claramente desfavorável porque gera cargas formais de grande magnitude (um
e dois ), o que é energeticamente ruim. - Resta comparar A e B. Ambas têm uma separação de cargas simples (um
e um ), mas em A a carga negativa está no oxigênio ( ) enquanto em B a carga negativa está no nitrogênio terminal ( ). Como o oxigênio é mais eletronegativo que o nitrogênio, é energeticamente mais favorável que a carga negativa esteja no oxigênio. Além disso, na estrutura A a carga total é melhor distribuída com o nitrogênio terminal neutro, o que também é preferível. - Conclusão: a Estrutura A (
com cargas formais ) é o principal (mais estável) contributor para a ressonância. A Estrutura B contribui, mas em menor grau; Estrutura C é um contributor muito menor.
Resposta
A estrutura de ressonância mais estável é
com cargas formais
.