Represente as estruturas de Lewis de cada uma das seguintes moléculas ou íons.Identifique casos em que a regra do octeto não é obedecida;determine qual átomo em cada composto não obedece à regra do octeto;e determine quantos elétrons estão em torno dos seguintes átomos:
\mathrm{NO}_{3}

Passo 1

O enunciado pede: representar as estruturas de Lewis de \mathrm{NO}_3, identificar se a regra do octeto é ou não obedecida e, quando não for obedecida, dizer qual átomo rompe a regra; além disso determinar quantos elétrons estão em torno dos átomos do composto. Vou interpretar \mathrm{NO}_3 como o íon nitrato \mathrm{NO}_3^- (é o caso mais comum em exercícios). Informações dadas / decisões iniciais:
  • Espécie considerada: \mathrm{NO}_3^-.
  • Objetivos claros: (a) desenhar as estruturas de Lewis (mostrar as ressonâncias); (b) dizer se há violação do octeto e qual átomo, se houver; (c) dizer quantos elétrons estão em torno de cada átomo (contagem para verificar o octeto).

Passo 2

Contar os elétrons de valência disponíveis (passo fundamental). Regra: somar elétrons de valência de cada átomo e adicionar/subtrair elétrons para carga total.
  • Nitrogênio: \,5 elétrons de valência.
  • Três oxigênios: 3\times 6 = 18 elétrons de valência.
  • Carga do íon: -1 significa adicionar 1 elétron.
    Total de elétrons de valência disponíveis:
5 + 18 + 1 = 24.

Passo 3

Montar o esqueleto da molécula (decidir quem é o átomo central). Regra prática: átomo menos eletronegativo (exceto H) costuma ficar no centro. Aqui o átomo central é o nitrogênio, com três oxigênios ao redor. Começar ligando N a cada O com ligações simples.
  • Coloca-se inicialmente três ligações N–O simples; cada ligação usa 2 elétrons.
    Elétrons usados em ligações simples:
3\times 2 = 6\\ \text{elétrons}.é
Elétrons restantes:
24 - 6 = 18\\ \text{elétrons}.é

Passo 4

Distribuir os elétrons restantes para completar octetos nos átomos mais externos primeiro (oxigênios).
  • Para cada oxigênio, completar com pares isolados até o octeto. Cada O precisa de 3 pares (6 elétrons) quando ligado por uma ligação simples.
    Elétrons necessários para completar os três oxigênios:
3 \times 6 = 18,
que é exatamente o que sobrou. Distribuindo, cada oxigênio fica com três pares (seis elétrons não ligantes) além do par de ligação com o N. Após isso, a situação é:
  • Cada oxigênio tem: três pares não-ligantes + um par de ligação = total doze? cuidado: contando elétrons ao redor do átomo (como na verificação do octeto) consideramos os elétrons de ligação como pertencentes ao átomo: então cada O tem 6 (pares não-ligantes) + 2 (ligação) = 8 elétrons — octeto completo.
  • O nitrogênio, no entanto, está ligado a três oxigênios por ligações simples, portanto tem apenas 3\times 2 = 6 elétrons ao seu redor — NÃO está com octeto completo.

Passo 5

Corrigir a deficiência do nitrogênio formando uma ligação dupla (colocar um par isolado de um oxigênio como par ligante para N). Procedimento padrão: converte-se um par isolado de um dos oxigênios em uma ligação adicional, formando uma ligação N=O dupla. Isso reduz a carga formal globalmente desfavorável e costuma minimizar cargas formais.
  • Depois dessa mudança, a distribuição eletrônica em uma das estruturas fica:
    • Um oxigênio ligado por dupla ligação: tem 2 pares isolados (4 elétrons) + ligação dupla (4 elétrons) = 8 elétrons ao redor → octeto satisfeito.
    • Dois oxigênios ligados por ligação simples: cada um tem 3 pares isolados (6 elétrons) + ligação simples (2 elétrons) = 8 elétrons ao redor → octeto satisfeito.
    • Nitrogênio: agora tem uma ligação dupla = 4 elétrons e duas ligações simples = 2+2 elétrons; total 4+2+2=8 elétrons → octeto satisfeito.

Passo 6

Calcular cargas formais nesta estrutura (sempre importante). Fórmula da carga formal: \text{CF} = \text{nº elétrons de valência do átomo isolado} - (\text{elétrons não-ligantes} + \tfrac{1}{2}\text{elétrons de ligação})ºéêáéãéçã.
  • Para o oxigênio com ligação dupla: valência 6; não-ligantes 4; elétrons de ligação compartilhados 4 \text{CF} = 6 - (4 + \tfrac{4}{2}) = 6 - (4+2) = 0.
  • Para cada oxigênio com ligação simples: valência 6; não-ligantes 6; elétrons de ligação 2 \text{CF} = 6 - (6 + \tfrac{2}{2}) = 6 - (6+1) = -1.
  • Para o nitrogênio: valência 5; não-ligantes 0; elétrons de ligação 8 (contados na soma das ligações) → \text{CF} = 5 - (0 + \tfrac{8}{2}) = 5 - 4 = +1.
    Somando as cargas formais: 0 + (-1) + (-1) + (+1) = -1, que é a carga do íon \mathrm{NO}_3^-. Tudo consistente.

Passo 7

Ressonância: as três posições de oxigênio ao redor do nitrogênio são equivalentes, então a dupla pode estar em qualquer um dos três oxigênios. Portanto existem três estruturas de ressonância equivalentes do íon nitrato, cada uma com uma O com ligação dupla (CF 0) e duas O com ligação simples (cada uma com CF -1), e o N com CF +1. As três estruturas se intercambiam por ressonância; a estrutura real é um híbrido onde todas as três ligações N–O têm ordem de ligação igual a 1\frac{1}{3} (uma forma de entender a delocalização).

Passo 8

Verificação da regra do octeto: nas estruturas de ressonância obtidas (e no híbrido de ressonância), cada átomo (N e cada O) tem oito elétrons ao seu redor quando contamos os elétrons de ligação como parte do octeto. Logo:
  • A regra do octeto é obedecida por todos os átomos em \mathrm{NO}_3^-.
  • Não há átomo que viole o octeto nesta espécie.

Passo 9

Determinar quantos elétrons estão em torno de cada átomo (interpretação usada: contam-se os elétrons do par de ligação integralmente ao redor do átomo, como se faz para verificar o octeto):
  • Em qualquer estrutura de ressonância (escolhendo a estrutura onde um O é duplo e dois são simples):
    • Nitrogênio: possui uma ligação dupla (4 elétrons) e duas ligações simples (2+2 elétrons) → total em torno do N:
    4 + 2 + 2 = 8\\ \text{elétrons}.é
    • Oxigênio ligado por dupla ligação: possui dois pares não-ligantes (4 elétrons) + ligação dupla (4 elétrons) → total:
    4 + 4 = 8\\ \text{elétrons}.é
    • Cada oxigênio ligado por ligação simples: possui três pares não-ligantes (6 elétrons) + ligação simples (2 elétrons) → total:
    6 + 2 = 8\\ \text{elétrons}.é
  • No híbrido de ressonância (distribuição média), o número efetivo de elétrons ao redor de cada átomo ainda corresponde ao octeto (cada átomo efetivamente tem o equivalente a 8 elétrons no seu entorno).

Passo 10

Resumo final (o que apresentar na prova): desenhar (ou descrever) as três estruturas de ressonância, indicar as cargas formais em cada estrutura e afirmar que todos os átomos obedecem ao octeto; listar quantos elétrons há ao redor de N e de cada O (8 elétrons cada).

Resposta

As três estruturas de ressonância equivalentes do íon nitrato são (cada uma posta entre colchetes com carga total -) onde em cada estrutura um O faz dupla com N e os outros dois O estão ligados por simples e carregam -1; em notação esquemática uma das estruturas é
\left[\mathrm{O}^- - \mathrm{N}^{+} = \mathrm{O} - \mathrm{O}^- \right]^-
e as outras duas são permutações desta (a dupla aparece em cada um dos três oxigênios).
Nenhum átomo viola a regra do octeto (todos obedecem o octeto).
Quantidade de elétrons em torno de cada átomo (contando elétrons de ligação como pertencentes ao átomo):
Nitrogênio: 8 elétrons.
Cada oxigênio: 8 elétrons.

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