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:
Passo 1
O enunciado pede: representar as estruturas de Lewis de
, 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
como o íon nitrato
(é o caso mais comum em exercícios). Informações dadas / decisões iniciais:
- Espécie considerada:
. - 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:
elétrons de valência. - Três oxigênios:
elétrons de valência. - Carga do íon:
significa adicionar elétron.
Total de elétrons de valência disponíveis:
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
elétrons.
Elétrons usados em ligações simples:
Elétrons restantes:
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
pares (6 elétrons) quando ligado por uma ligação simples.
Elétrons necessários para completar os três oxigênios:
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
(pares não-ligantes) (ligação) elétrons — octeto completo. - O nitrogênio, no entanto, está ligado a três oxigênios por ligações simples, portanto tem apenas
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
pares isolados (4 elétrons) + ligação dupla (4 elétrons) = elétrons ao redor → octeto satisfeito. - Dois oxigênios ligados por ligação simples: cada um tem
pares isolados (6 elétrons) + ligação simples (2 elétrons) = elétrons ao redor → octeto satisfeito. - Nitrogênio: agora tem uma ligação dupla
elétrons e duas ligações simples elétrons; total elétrons → octeto satisfeito.
- Um oxigênio ligado por dupla ligação: tem
Passo 6
Calcular cargas formais nesta estrutura (sempre importante). Fórmula da carga formal:
.
- Para o oxigênio com ligação dupla: valência
; não-ligantes ; elétrons de ligação compartilhados → - Para cada oxigênio com ligação simples: valência
; não-ligantes ; elétrons de ligação → - Para o nitrogênio: valência
; não-ligantes ; elétrons de ligação (contados na soma das ligações) →
Somando as cargas formais:, que é a carga do íon . 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
) e duas O com ligação simples (cada uma com CF
), e o N com CF
. 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
(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
. - 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:
- Oxigênio ligado por dupla ligação: possui dois pares não-ligantes (4 elétrons) + ligação dupla (4 elétrons) → total:
- Cada oxigênio ligado por ligação simples: possui três pares não-ligantes (6 elétrons) + ligação simples (2 elétrons) → total:
- 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
; em notação esquemática uma das estruturas é
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: elétrons.
Cada oxigênio: elétrons.
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:
Cada oxigênio: