O ácido nítrico (HNO3) é um líquido viscoso, altamente tóxico e corrosivo, amplamente utilizado nas indústrias metalúrgica, de fertilizantes e de explosivos. Com base nos seus conhecimentos (3,0) :
a) Desenhe a estrutura de Lewis da molécula de HNO3. Explique porque ela é mais estável.
b) Desenhe todas as possíveis estruturas de ressonância dessa molécula.
c) Considerando o nitrogênio como átomo central, explique a formação das ligações utilizando a Teoria da Ligação de Valência (TLV).
Dados fornecidos:
Distância de ligação N-O = 1,218 Å / O-H 0,964 A /
Ângulo de ligação O-N-O=120^circ

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você me passou um exercício sobre o ácido nítrico (HNO3). A questão está dividida em três partes: desenhar a estrutura de Lewis, mostrar as estruturas de ressonância e explicar as ligações usando a Teoria da Ligação de Valência (TLV) com o nitrogênio como átomo central. Para resolver, vamos precisar entender como representar moléculas com estruturas de Lewis, o conceito de ressonância e os princípios básicos da TLV. Vamos passo a passo!

Passo 2

a) Desenho da Estrutura de Lewis da HNO3 e Explicação da Estabilidade
Primeiro, vamos desenhar a estrutura de Lewis do ácido nítrico. A estrutura de Lewis mostra como os átomos estão ligados e os pares de elétrons na molécula.
  1. Contagem de Elétrons de Valência:
    • Hidrogênio (H): 1 elétron
    • Nitrogênio (N): 5 elétrons
    • Oxigênio (O): 6 elétrons × 3 átomos = 18 elétrons
    • Total: 1 + 5 + 18 = 24 elétrons
  2. Montagem da Estrutura:
    • O nitrogênio é o átomo central.
    • Conectamos os átomos: H-O-N-O-O
    • Distribuímos os elétrons para satisfazer as regras do octeto.
  3. Estrutura Resultante:
    • O nitrogênio está ligado a três oxigênios.
    • Um dos oxigênios está ligado ao hidrogênio.
    • Há ligações duplas entre o nitrogênio e dois oxigênios, e uma ligação simples com o terceiro oxigênio (ligação com H).
Por que essa estrutura é mais estável?
A estabilidade vem da delocalização de elétrons e da saturação dos octetos dos átomos. Ao ter ligações duplas, os átomos de oxigênio alcançam a configuração estável de oito elétrons.

Passo 3

b) Estruturas de Ressonância da HNO3
Ressonância ocorre quando há múltiplas formas de estruturas de Lewis que contribuem para a verdadeira estrutura da molécula.
  1. Identificação das Estruturas Possíveis:
    • Podemos mover os pares de elétrons das ligações duplas entre o nitrogênio e os oxigênios.
  2. Desenho das Estruturas:
    • Estrutura 1: Dupla ligação entre N e O (Oxigênio A), e ligações simples com os outros dois oxigênios.
    • Estrutura 2: Dupla ligação agora entre N e outro oxigênio (Oxigênio B), mantendo a ligação simples com o primeiro e terceiro.
    • Estrutura 3: Dupla ligação entre N e o terceiro oxigênio (Oxigênio C), com ligações simples nos demais.
Essas três estruturas mostram diferentes maneiras de distribuir as ligações duplas, contribuindo igualmente para a molécula final.

Passo 4

c) Formação das Ligações usando a Teoria da Ligação de Valência (TLV) com Nitrogênio como Átomo Central
A Teoria da Ligação de Valência explica como os átomos se unem formando ligações químicas através do compartilhamento de elétrons.
  1. Identificação das Ligações:
    • O nitrogênio (N) está no centro ligado a três oxigênios (O) e um hidrogênio (H).
  2. Aplicação da TLV:
    • Hibridização do Nitrogênio: O N no HNO3 tem hibridização sp^2, formando três orbitais híbridos.
    • Formação das Ligações Sigma (σ): Cada orbital híbrido do N forma uma ligação sigma com os orbitais dos oxigênios e do hidrogênio.
    • Ligações Pi (π): As ligações duplas entre o N e dois Oxigênios envolvem sobreposição de orbitais p não híbridos, formando ligações pi.
  3. Utilização dos Dados Fornecidos:
    • Distâncias de Ligação:
      • N-O = 1,218 ÅÅ indica ligações mais curtas (ligações duplas).
      • O-H = 0,964 ÅÅ é típica para ligações simples.
    • Ângulo de Ligação O-N-O = 120^circ:
      • Confere que o nitrogênio está sp^2 hibridizado, pois ângulos de 120° são característicos dessa hibridização.
Isso mostra como os orbitais do nitrogênio se organizam para formar ligações estáveis com os oxigênios e hidrogênio, mantendo a geometria trigonal plana.

Resposta

a) A estrutura de Lewis do HNO3 mostra o nitrogênio central ligado a três oxigênios, com duas ligações duplas e uma ligação simples com H-O. Essa estrutura é mais estável devido à distribuição equilibrada dos elétrons e à saturação dos octetos.
b) As estruturas de ressonância incluem três formas equivalentes onde a dupla ligação entre N e O está deslocada entre os diferentes oxigênios, contribuindo igualmente para a estabilidade da molécula.
c) Usando a Teoria da Ligação de Valência, o nitrogênio central no HNO3 é sp^2 hibridizado, formando ligações sigma com os oxigênios e hidrogênio. As ligações pi resultam da sobreposição de orbitais p, e a geometria trigonal plana é confirmada pelos ângulos de ligação de 120^circ. As distâncias de ligação indicam a presença de ligações duplas e simples conforme esperado.

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