Sabendo que, nos ácidos oxigenados (fórmula-base: HxEOy ), os átomos de H ionizáveis estão ligados a átomos de O , formando grupos - OH e que todos os átomos de O estão ligados ao átomo de E , escreva as fórmulas estruturais dos ácidos a seguir:
f) \mathrm{HNO}_{3};

Passo 1

O enunciado pede a fórmula estrutural do ácido \mathrm{HNO_{3}}. Informações relevantes dadas (e que vamos usar):
  • A fórmula-base é \mathrm{H_x E O_y}.
  • Os átomos de hidrogênio ionizáveis estão ligados a oxigênios formando grupos -\mathrm{OH}.
  • Todos os átomos de oxigénio estão ligados ao átomo central E.
Aplicando isso ao nosso caso: \mathrm{HNO_{3}} tem x=1, E=\mathrm{N} e y=3. Então há exatamente um grupo -\mathrm{OH} (porque há um H) e os três átomos de O estão ligados ao N.

Passo 2

Vamos montar a estrutura passo a passo (do tipo “montagem de móveis com manual”): contar elétrons e ligar átomo central aos oxigênios.
  1. Contagem de elétrons de valência (aula rápida):
  • \mathrm{N} tem 5 elétrons de valência.
  • Cada \mathrm{O} tem 6 elétrons de valência, total 3\times6=18.
  • \mathrm{H} tem 1.
    Total = 5+18+1=24 elétrons de valência para distribuir.
  1. Esqueleto (usando a regra do enunciado): N no centro ligado aos três O, e um desses O ligado ao H (o -\mathrm{OH}). Escrevemos inicialmente ligações simples: três ligações N–O e uma ligação O–H. Cada ligação simples consome 2 elétrons. Já usamos 4\times2=8 elétrons; restam 24-8=16 elétrons para colocar como pares livres.
  2. Completar octetos inicialmente nos oxigênios: cada oxigênio precisa de 8 elétrons ao redor. Para cada O ligado apenas por ligação simples a N (os dois que não têm H), colocamos 3 pares (6 elétrons) como pares livres; para o O que tem H (o -\mathrm{OH}), colocamos 2 pares (4 elétrons) porque esse O já tem duas ligações (uma com N e outra com H). Fazendo isso contamos os elétrons restantes e verificamos o N: após preencher os pares dos O, o nitrogênio pode ficar sem octeto completo.
  3. Ajuste para satisfazer a regra do octeto do N: para que o N alcance 8 elétrons ao seu redor, precisamos formar uma dupla ligação entre N e um dos oxigênios que estava com ligação simples. Assim obtemos uma configuração com uma ligação dupla N=O, uma ligação simples N–OH e uma ligação simples N–O. Depois de formar essa dupla, todos os átomos centrais têm octeto completo.

Passo 3

Agora vamos verificar cargas formais (importante para saber se a estrutura é plausível) — receita rápida de formal charge: \text{FC}= (elétrons de valência do átomo) - (não ligantes) - (elétrons de ligação/2).
A estrutura que descrevemos (uma N=O, uma N–OH e uma N–O simples) dá as seguintes cargas formais:
  • Para \mathrm{N}: \text{FC} = 5 - 0 - (8/2) = 5-4 = +1. (o N fica com carga +1).
  • Para o oxigênio duplamente ligado: \text{FC} = 6 - 4 - (4/2) = 6-4-2 = 0.
  • Para o oxigênio do -\mathrm{OH}: \text{FC} = 6 - 4 - (4/2) = 0.
  • Para o oxigênio ligado por simples sem H: \text{FC} = 6 - 6 - (2/2) = 6-6-1 = -1.
Somando as cargas formais temos +1 + 0 + 0 -1 = 0, que é a carga total correta para a molécula neutra \mathrm{HNO_3}. Portanto a estrutura é consistente. Observação didática: a presença de cargas formais opostas (\mathrm{N}^{+} e um \mathrm{O}^{-}) é normal aqui.

Passo 4

Explicação sobre ressonância (por que às vezes vemos representações diferentes):
  • Os dois oxigênios que não carregam H são equivalentes por ressonância: a dupla ligação pode estar “em” um ou no outro. Assim existem duas estruturas canônicas (resonantes) em que a posição da dupla ligação e da carga negativa nas duas O sem H se alterna.
  • A estrutura real é um híbrido de ressonância: as duas ligações N–O não ligadas ao H têm ordem de ligação intermediária (~1,33) e as cargas estão deslocalizadas. Isso explica propriedades como comprimentos de ligação iguais entre as duas O não-H.

Passo 5

Escrevendo a fórmula estrutural em forma condensada (uma forma canônica e indicando as formas ressonantes):
Uma forma canônica é \mathrm{HO\!-\!N^{+}(=O)\!-\!O^{-}}.
A outra forma canônica (com a dupla trocada entre os dois oxigênios não-hidroxila) é \mathrm{HO\!-\!N^{+}(-O^{-})\!=\!O}.
Na prática costuma-se escrever de forma simples como \mathrm{H\!-\!O\!-\!N(=O)\!-\!O} e lembrar que há ressonância entre as duas oxigenações sem H.

Resposta

\mathrm{HO\!-\!N^{+}(=O_{a})\!-\!O_{b}^{-}}
\mathrm{HO\!-\!N^{+}(=O_{b})\!-\!O_{a}^{-}}

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