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
e do
. 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 (
) e para o óxido de dinitrogênio (
). 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:
- Contar todos os elétrons de valência: É o total de elétrons que os átomos trazem para a molécula.
- Determinar a estrutura esquelética: Geralmente, o átomo menos eletronegativo fica no meio.
- Distribuir os elétrons: Primeiro, formamos ligações simples entre os átomos e depois distribuímos os elétrons restantes para completar o octeto de cada átomo.
- Formar ligações múltiplas: Se necessário, formamos ligações duplas ou triplas para que todos os átomos tenham um octeto completo.
Vamos aplicar isso ao
e ao
.
Passo 3
Desenhando as estruturas de Lewis para
:
-
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. -
Estrutura esquelética:
O carbono é menos eletronegativo que o oxigênio, então ele fica no meio:O–C–O -
Distribuir os elétrons:
Colocamos ligações simples entre C e O. Cada ligação simples utiliza 2 elétrons, totalizando 4 elétrons usados. Restam 12 elétrons. -
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:
-
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
:
A fórmula para carga formal é:
-
Na Estrutura 1 (ligações simples):
- Carbono:
- Elétrons de valência: 4
- Elétrons não ligados: 0
- Elétrons ligados: 8 (4 ligações simples)
- Carga Formal:
- Oxigênios:
- Elétrons de valência: 6
- Elétrons não ligados: 6
- Elétrrons ligados: 2 (1 ligação simples)
- Carga Formal:
- Carbono:
-
Na Estrutura 2 (ligações duplas):
- Carbono:
- Elétrons de valência: 4
- Elétrrons não ligados: 0
- Elétrrons ligados: 8 (4 ligações duplas)
- Carga Formal:
- Oxigênios:
- Elétrrons de valência: 6
- Elétrrons não ligados: 4
- Elétrrons ligados: 4 (2 ligações duplas)
- Carga Formal:
- Carbono:
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
:
-
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. -
Estrutura esquelética:
Geralmente, usamos uma estrutura linear: N–N–O -
Distribuir os elétrons:
Colocamos ligações simples entre os átomos. Cada ligação simples usa 2 elétrons, totalizando 4 elétrons usados. Restam 12 elétrons. -
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. -
Desenhando as duas possíveis estruturas:Estrutura 1:
N–N–O
Estrutura 2:N≡N–O+
Passo 7
Calculando as cargas formais para
:
-
Na Estrutura 1 (ligações simples):
- Primeiro Nitrogênio (N):
- Elétrrons de valência: 5
- Elétrrons não ligados: 2
- Elétrrons ligados: 6 (3 ligações simples)
- Carga Formal:
- Segundo Nitrogênio (N):
- Elétrrons de valência: 5
- Elétrrons não ligados: 2
- Elétrrons ligados: 6 (3 ligações simples)
- Carga Formal:
- Oxigênio (O):
- Elétrrons de valência: 6
- Elétrrons não ligados: 6
- Elétrrons ligados: 2 (1 ligação simples)
- Carga Formal:
- Primeiro Nitrogênio (N):
-
Na Estrutura 2 (ligações triplas):
- Primeiro Nitrogênio (N):
- Elétrrons de valência: 5
- Elétrrons não ligados: 0
- Elétrrons ligados: 10 (5 ligações)
- Carga Formal:
- Segundo Nitrogênio (N):
- Elétrrons de valência: 5
- Elétrrons não ligados: 2
- Elétrrons ligados: 8 (4 ligações)
- Carga Formal:
- Oxigênio (O):
- Elétrrons de valência: 6
- Elétrrons não ligados: 6
- Elétrrons ligados: 2 (1 ligação)
- Carga Formal:
- Primeiro Nitrogênio (N):
Passo 8
Agora, vamos verificar qual estrutura é mais estável para
.
- 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
, a estrutura com ligações duplas (O=C=O) é mais estável, pois todas as cargas formais são iguais a zero. Já para
, 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.