A carga formal é útil para apontar qual estrutura de Lewis é a mais estável para uma dada molécula. Uma estrutura de Lewis em que as cargas formais dos átomos individuais estejam mais próximas de zero representa, em geral, o arranjo de menor energia dos átomos e elétrons. Com base nesse critério, desenhe as duas possíveis estruturas de Lewis do CO2 e do N2 O. Em seguida, calcule as cargas formais de cada átomo e indique qual a estrutura mais estável.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre estruturas de Lewis e cargas formais! A questão pede para a gente desenhar as duas possíveis estruturas de Lewis para o dióxido de carbono ( CO2) e para o óxido de dinitrogênio ( N2O). Depois, vamos calcular as cargas formais de cada átomo nessas estruturas e ver qual delas é mais estável. Para isso, vamos precisar entender como desenhar estruturas de Lewis e como calcular cargas formais usando a fórmula apropriada.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar como desenhar uma estrutura de Lewis. A estrutura de Lewis mostra como os átomos estão ligados em uma molécula e onde os elétrons estão distribuídos. Para desenhar essas estruturas, seguimos alguns passos:
  1. Contar todos os elétrons de valência: É o total de elétrons que os átomos trazem para a molécula.
  2. Determinar a estrutura esquelética: Geralmente, o átomo menos eletronegativo fica no meio.
  3. Distribuir os elétrons: Primeiro, formamos ligações simples entre os átomos e depois distribuímos os elétrons restantes para completar o octeto de cada átomo.
  4. Formar ligações múltiplas: Se necessário, formamos ligações duplas ou triplas para que todos os átomos tenham um octeto completo.
Vamos aplicar isso ao CO2 e ao N2O.

Passo 3

Desenhando as estruturas de Lewis para CO2:
  1. Contar elétrons de valência:
    • Carbono ©: 4 elétrons de valência
    • Oxigênio (O): 6 elétrons de valência cada, totalizando 12
    Total de elétrons: 4 + 12 = 16 elétrons.
  2. Estrutura esquelética:
    O carbono é menos eletronegativo que o oxigênio, então ele fica no meio:
    O–C–O
  3. Distribuir os elétrons:
    Colocamos ligações simples entre C e O. Cada ligação simples utiliza 2 elétrons, totalizando 4 elétrons usados. Restam 12 elétrons.
  4. Completar o octeto dos oxigênios:
    Cada oxigênio precisa de 6 elétrons adicionais para completar o octeto. Colocamos três pares de elétrons em cada oxigênio, usando 12 elétrons restantes.
    Estrutura 1:
    O:–C:–O:
    
  5. Verificar o octeto do carbono:
    O carbono tem apenas 4 elétrons na estrutura, faltando 4 para completar o octeto. Então, formamos ligações duplas entre o carbono e cada oxigênio:
    Estrutura 2:
    O=C=O
    

Passo 4

Calculando as cargas formais para CO2:
A fórmula para carga formal é:
Carga Formal = Elétrons de Valência - (Elétrons Não Ligados + Elétrons Ligados2) éêéãé
  • Na Estrutura 1 (ligações simples):
    • Carbono:
      • Elétrons de valência: 4
      • Elétrons não ligados: 0
      • Elétrons ligados: 8 (4 ligações simples)
      • Carga Formal: 4 - (0 + 82) = 4 - 4 = 0
    • Oxigênios:
      • Elétrons de valência: 6
      • Elétrons não ligados: 6
      • Elétrrons ligados: 2 (1 ligação simples)
      • Carga Formal: 6 - (6 + 22) = 6 - 7 = -1
  • Na Estrutura 2 (ligações duplas):
    • Carbono:
      • Elétrons de valência: 4
      • Elétrrons não ligados: 0
      • Elétrrons ligados: 8 (4 ligações duplas)
      • Carga Formal: 4 - (0 + 82) = 4 - 4 = 0
    • Oxigênios:
      • Elétrrons de valência: 6
      • Elétrrons não ligados: 4
      • Elétrrons ligados: 4 (2 ligações duplas)
      • Carga Formal: 6 - (4 + 42) = 6 - 6 = 0

Passo 5

Agora, vamos ver qual estrutura é mais estável. A regra geral é que a estrutura com cargas formais mais próximas de zero é mais estável.
  • Estrutura 1 tem cargas formais de -1 nos oxigênios.
  • Estrutura 2 tem todas as cargas formais iguais a 0.
Portanto, a Estrutura 2 é mais estável porque todas as cargas formais são zero.

Passo 6

Desenhando as estruturas de Lewis para N2O:
  1. Contar elétrons de valência:
    • Nitrogênio (N): 5 elétrons de valência cada, totalizando 10
    • Oxigênio (O): 6 elétrons de valência
    Total de elétrons: 10 + 6 = 16 elétrons.
  2. Estrutura esquelética:
    Geralmente, usamos uma estrutura linear: N–N–O
  3. Distribuir os elétrons:
    Colocamos ligações simples entre os átomos. Cada ligação simples usa 2 elétrons, totalizando 4 elétrons usados. Restam 12 elétrons.
  4. Completar o octeto dos átomos:
    • Oxigênio: precisa de 6 elétrons adicionais.
    • Cada nitrogênio também precisa completar o octeto.
    Adicionamos pares de elétrons para completar os octetos, possivelmente formando ligações duplas ou triplas.
  5. Desenhando as duas possíveis estruturas:
    Estrutura 1:
    N–N–O
    
    Estrutura 2:
    N≡N–O+
    

Passo 7

Calculando as cargas formais para N2O:
  • Na Estrutura 1 (ligações simples):
    • Primeiro Nitrogênio (N):
      • Elétrrons de valência: 5
      • Elétrrons não ligados: 2
      • Elétrrons ligados: 6 (3 ligações simples)
      • Carga Formal: 5 - (2 + 62) = 5 - 5 = 0
    • Segundo Nitrogênio (N):
      • Elétrrons de valência: 5
      • Elétrrons não ligados: 2
      • Elétrrons ligados: 6 (3 ligações simples)
      • Carga Formal: 5 - (2 + 62) = 5 - 5 = 0
    • Oxigênio (O):
      • Elétrrons de valência: 6
      • Elétrrons não ligados: 6
      • Elétrrons ligados: 2 (1 ligação simples)
      • Carga Formal: 6 - (6 + 22) = 6 - 7 = -1
  • Na Estrutura 2 (ligações triplas):
    • Primeiro Nitrogênio (N):
      • Elétrrons de valência: 5
      • Elétrrons não ligados: 0
      • Elétrrons ligados: 10 (5 ligações)
      • Carga Formal: 5 - (0 + 102) = 5 - 5 = 0
    • Segundo Nitrogênio (N):
      • Elétrrons de valência: 5
      • Elétrrons não ligados: 2
      • Elétrrons ligados: 8 (4 ligações)
      • Carga Formal: 5 - (2 + 82) = 5 - 6 = -1
    • Oxigênio (O):
      • Elétrrons de valência: 6
      • Elétrrons não ligados: 6
      • Elétrrons ligados: 2 (1 ligação)
      • Carga Formal: 6 - (6 + 22) = 6 - 7 = -1

Passo 8

Agora, vamos verificar qual estrutura é mais estável para N2O.
  • Estrutura 1: Cargas formais de 0, 0, -1
  • Estrutura 2: Cargas formais de 0, -1, -1
A Estrutura 1 é mais estável porque tem menos cargas formais diferentes de zero.

Resposta

Para CO2, a estrutura com ligações duplas (O=C=O) é mais estável, pois todas as cargas formais são iguais a zero. Já para N2O, a estrutura linear com ligações simples (N–N–O) é mais estável, apresentando cargas formais de 0, 0 e -1. Assim, essas são as estruturas mais estáveis para cada molécula com base nas cargas formais.

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