O ácido nítrico, que existe como moléculas
na ausência de água, tem a estrutura mostrada. Mostre as estruturas de ressonância importantes de
e determine as cargas formais em cada átomo.
Passo 1
O enunciado trata do ácido nítrico \mathrm{HNO_3}, cuja estrutura isolada (no estado gasoso ou em solvente não prótico) é best represented por ressonância. O conteúdo aqui é desenho de estruturas de Lewis com ligações simples e duplas, gerando as principais estruturas de ressonância, e cálculo de carga formal em cada átomo.
Passo 2
Primeiro, montamos a conectividade: o nitrogênio está ligado a três oxigênios, sendo que um desses oxigênios sustenta também o hidrogênio (grupo –OH). Contamos os elétrons de valência:
– \mathrm{N} tem 5 elétrons,
– cada \mathrm{O} tem 6 elétrons (total 3\times 6=18),
– \mathrm{H} tem 1 elétron.
No total são 5+18+1=24 elétrons para a molécula. Cada ligação simples consome 2 elétrons; com 3 ligações N–O e 1 ligação O–H temos 4 ligações simples (8 elétrons). Sobram 24-8=16 elétrons para completar octetos nos oxigênios e no nitrogênio. Como o nitrogênio precisa completar 8 elétrons e já participa de 3 ligações (6 elétrons), ele ainda “precisa” de 2 elétrons adicionais, obtidos formando uma dupla ligação com um dos oxigênios que não carrega o H.
Passo 3
Desenhamos, então, a primeira estrutura de Lewis com uma dupla ligação a um oxigênio sem H, ligações simples aos outros dois oxigênios (um dos quais leva o H). Isso gera uma carga formal negativa num dos oxigênios e uma carga formal positiva no nitrogênio. A distribuição fica assim:
onde as cargas formais são
– \mathrm{N}: +1
– o oxigênio duplamente ligado: 0
– o oxigênio do grupo \mathrm{OH}: 0
– o oxigênio com ligação simples e sem H: –1
– \mathrm{H}: 0
Passo 4
Como as duas posições dos oxigênios sem H são equivalentes, há uma segunda estrutura de ressonância obtida trocando qual oxigênio forma a dupla ligação. Essa segunda forma é
com exatamente as mesmas cargas formais em cada átomo, apenas deslocadas de um oxigênio para o outro. A estrutura real é a média dessas duas ressonâncias.
Resposta
As duas principais estruturas de ressonância do ácido nítrico são:
Cargas formais em cada átomo em ambas as estruturas: \mathrm{N}:+1, oxigênio duplamente ligado: 0, oxigênio do grupo \mathrm{OH}: 0, oxigênio com ligação simples sem H: -1, hidrogênio: 0.
Química - Garry Miessler, Paul Fischer, Donald Tarr - Química Inorgânica - 5ª Edição - Capítulo 3.Problemas - Ex. 3.6