Analise as estruturas de ressonância do íon nitrato
. Desenhe todas as formas de ressonância possíveis e calcule as cargas formais de cada átomo em cada estrutura. Explique como as diferentes estruturas de ressonância contribuem para a distribuição de carga do íon e para sua estabilidade.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre o íon nitrato,
. O que a gente precisa fazer é analisar as estruturas de ressonância desse íon, desenhar todas as possíveis formas de ressonância, calcular as cargas formais de cada átomo em cada estrutura e entender como essas diferentes estruturas ajudam a distribuir a carga e a tornar o íon mais estável. Para isso, vamos usar conceitos de estruturas de ressonância e cargas formais na química.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é uma estrutura de ressonância. Elas são diferentes formas que mostram como os elétrons estão distribuídos em uma molécula ou íon que não pode ser representado por uma única estrutura. No caso do nitrato,
, precisamos distribuir os elétrons de forma que atendamos às regras de valência e minimizemos as cargas formais.
Passo 3
Vamos começar desenhando uma das possíveis estruturas de ressonância do
. Normalmente, ligamos o nitrogênio central aos três oxigênios com ligações simples inicialmente:
O
|
N - O
|
O
Passo 4
Agora, vamos calcular as cargas formais nessa estrutura. A carga formal é a carga que o átomo teria se os elétrons na molécula fossem distribuídos igualmente. A fórmula para calcular a carga formal é:
Onde:
- $ V $ é o número de elétrons de valência do átomo.
- $ N $ é o número de elétrons não ligantes.
- $ B $ é o número de elétrons compartilhados em ligações.
Passo 5
Aplicando essa fórmula:
-
Nitrogênio (N):
- Valência: 5
- Elétrons não ligantes: 0
- Elétrons compartilhados: 6 (três ligações simples)
- Carga Formal: $ 5 - (0 + \frac{6}{2}) = 2 $
-
Oxigênios (O):
- Valência: 6
- Elétrons não ligantes: 6 (cada um tem três pares)
- Elétrons compartilhados: 2 (cada ligação simples)
- Carga Formal: $ 6 - (6 + \frac{2}{2}) = 5 $
Essa estrutura não é muito estável porque tem cargas formais altas.
Passo 6
Para melhorar isso, vamos desenhar outra estrutura onde um dos oxigênios tem uma ligação dupla com o nitrogênio:
O
||
N - O
|
O
Passo 7
Calculando as cargas formais nessa nova estrutura:
-
Nitrogênio (N):
- Valência: 5
- Elétrons não ligantes: 0
- Elétrons compartilhados: 4 (uma ligação dupla e uma simples)
- Carga Formal: $ 5 - (0 + \frac{4}{2}) = 3 $
-
Oxigênios com ligação dupla:
- Valência: 6
- Elétrons não ligantes: 4
- Elétrons compartilhados: 4
- Carga Formal: $ 6 - (4 + \frac{4}{2}) = 0 $
-
Oxigênios com ligação simples:
- Valência: 6
- Elétrons não ligantes: 6
- Elétrons compartilhados: 2
- Carga Formal: $ 6 - (6 + \frac{2}{2}) = 5 $
Essa estrutura é melhor, mas ainda temos uma carga formal positiva no nitrogênio e negativa nos oxigênios.
Passo 8
A solução é ter três estruturas de ressonância onde cada um dos três oxigênios pode ter a ligação dupla com o nitrogênio. Assim, temos três estruturas equivalentes:
O
||
N - O
|
O
O
|
N = O
|
O
O
|
N - O
||
O
Passo 9
Em cada uma dessas estruturas, a carga formal positiva está no nitrogênio e a negativa está no oxigênio que tem a ligação dupla. Quando consideramos todas as estruturas de ressonância juntas, as cargas são distribuídas igualmente entre os três oxigênios, o que reduz a carga formal em cada um e estabiliza o íon.
Resposta
As estruturas de ressonância do íon nitrato
são três, onde cada oxigênio assume, por turno, a ligação dupla com o nitrogênio. Em cada estrutura, o nitrogênio tem uma carga formal positiva e um oxigênio tem carga formal zero, enquanto os outros dois oxigênios têm carga formal negativa. A contribuição dessas diferentes estruturas distribui as cargas de forma equilibrada, aumentando a estabilidade do íon.