Química Geral ⇒ Estrutura de Lewis Tópico resolvido

[fferreira]

Pessoal, estou com duvidas para resolver a estrutura de Lewis de compostos com carga ( positivo e negativo ) qual é o passo a passo para resolver nesses casos?? To com duvida mas especificamente no NO3- e o NO3+

[JigsawMOD]

Pessoal, estou com duvidas para resolver a estrutura de Lewis de compostos com carga ( positivo e negativo ) qual é o passo a passo para resolver nesses casos?? To com duvida mas especificamente no NO3- e o NO3+

fferreira, NO3+ eu desconheço, mas NO3- é uma estrutura que sofre RESSONÂNCIA:

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Há um vídeo no YouTube explicando melhor essa estrutura espero que ajude:

https://www.youtube.com/watch?v=hN4EFQkgnAo

REFERÊNCIAS:

NO3- Lewis Structure: How to Draw the Lewis Structure for NO3-
590.544 visualizações25 de jun. de 2013
Wayne Breslyn
573 mil inscritos
A step-by-step explanation of how to draw the NO3- Lewis Dot Structure (Nitrate ion).
For the NO3- structure use the periodic table to find the total number of valence electrons for the
https://www.youtube.com/watch?v=TBVdqsPYSXI

[lmtosta]

fferreira,


Existe o Método de Lewis-Langmuir, que pode ser usado como um suporte básico para deduzir estruturas de Lewis!!!!!!!!

Vamos iniciar com o íon nitrato.

No íon nitrato, temos 5 elétrons de valência do nitrogênio e 6 elétrons de valência de cada um dos oxigênios (totalizando 18 elétrons), além de 1 elétron adicional do íon nitrato como um todo. Portanto, a estrutura toda conta com 5 elétrons de valência do nitrogênio, 18 elétrons de valência dos oxigênios e 1 elétron adicional do íon nitrato, totalizando geral de 24 elétrons de valência, passíveis de se envolverem com ligações químicas!!!!!!!!!

Por que os átomos ligam-se quimicamente entre si na Natureza???????

A resposta é: para alcançarem o menor estado de energia e, consequentemente, a maior estabilidade possível!!!!!!!!!

Na Tabela Periódica, quem são os elementos diretamente associados aos maiores graus e níveis de estabilidade possíveis??????

A resposta é: os Gases Nobres!!!!!!!!!!

Note que, se de alguma forma pudéssemos adicionar mais elétrons ao íon nitrato, quando o mesmo tivesse 32 elétrons de valência no total, as ligações químicas "desfariam-se" todas, pois o nitrogênio adquiriria configuração do gás nobre Neônio (exceto pelos prótons e neutrons) recebendo mais 3 elétrons e os oxigênios adquiririam a configuração também do gás nobre Neônio, assimilando para si o elétron "avulso" do íon nitrato com mais 2 elétrons para cada um dos oxigênios e 1 elétron para o oxigênio que assimilou para si o elétron deslocalizado do nitrato, totalizando os 32 elétrons para maior estabilidade!!!!!!!!!!

Uma vez que teríamos ânions de nitrogênio e oxigênio na forma de plasma, todos se repeliriam entre si no estado gasoso, pois todos teriam carga negativa sobrando, de modo que nenhuma ligação química seria realizada entre as espécies para estabilizá-las ainda mais, embora possuam certa estabilidade devido configuração eletrônica de gás nobre!!!!!!!!

De onde tirei estes 32 elétrons que proporcionam configuração de valência estabilizadora para os átomos de nitrogênio e oxigênio????

A resposta é: substituindo a espécie NO3^(-) pelos seus equivalentes de gás nobre Neônio, ou seja, 4 átomos de Ne!!!!!!!!!

Como cada átomo de gás nobre possui 8 elétrons de valência, temos então um total de 32 elétrons!!!!!!!!!!

Note que, quando adicionamos elétrons para migrar de 24 elétrons para 32 elétrons no íon nitrato, vamos "desfazendo" ligações químicas até termos ânions gasosos estáveis, independentes, com configuração de gás nobre e sem nenhuma ligação química!!!!!!!!!

De outra forma, ao migrarmos de 32 elétrons para 24 elétrons, retirando elétrons de alguma maneira, os átomos de nitrogênio e oxigênio voltariam-se a se ligar para formar novamente o nitrato. Como cada ligação química envolve 2 elétrons, a cada 2 elétrons retirados, uma nova ligação química deveria surgir para compensar a falta dos 2 elétrons retirados. Assim, os átomos compartilhariam seus 2 elétrons para formar uma ligação e estabilizar a espécie!!!!!!!!

De 32 elétrons para 24 elétrons, temos a retirada de 8 elétrons no total. Como cada ligação química é composta por 2 elétrons, podemos esperar a formação de 4 ligações químicas entre nitrogênio e oxigênio ao retirarmos 8 elétrons do arranjo de 32 elétrons!!!!!!!!!!

Temos, então, 4 ligações químicas para distribuir entre 3 átomos de oxigênio e 1 átomo de nitrogênio, além do elétron deslocalizado!!!!!!!!!

Via de regra, quanto maior o número de ligações químicas da qual um átomo participa, maior será sua estabilidade e da estrutura como um todo!!!!!!!!

Então, devemos buscar um arranjo que nos permita realizar o máximo de ligações possíveis e maior estabilidade!!!!!!!

Vamos "brincar" e propor 5 estruturas possíveis:
1) oxigênios e nitrogênio ligados em círculo;
2) oxigênios e nitrogênio lineares com o nitrogênio na ponta;
3) oxigênios e nitrogênio lineares com oxigênio na ponta;
4) trigonal planar com oxigênio como átomo central;
5) trigonal planar com nitrogênio como átomo central.

Além dos conhecimentos prévios de orbitais e hibridização, necessitaremos também do conhecimento acerca de cargas formais, que são as cargas assumidas por átomos em espécies químicas, considerando-se todas as ligações químicas covalentes como sendo do tipo "apolar" ou de "baixa polaridade"!!!!!!!!!

Assim, segundo a literatura química (a exemplo do livro de Bruce Mahan, "Química Um Curso Universitário"), estruturas químicas com carga formal nula são as mais prováveis de acontecer já que não há separação de cargas e nem carga localizada, existem estruturas com separação de carga com cargas formais de +1 e -1 que quando estabilizadas por ressonância adquirem efeito estabilizador adicional e estruturas com cargas formais iguais a +2, -2 ou maior em átomos da espécie analisada são improváveis a menos que a carga da espécie como um todo seja dessa magnitude, assim como são improváveis estruturas com átomos com carga formal +1 e -1 em mais de uma parte da espécie analisada a menos que a carga da espécie seja diferente de zero (um cátion ou ânion molecular, por exemplo)!!!!!!!!

A proposta 1, do arranjo circular, apresenta ligações simples entre os átomos, as 4 ligações se fazem presentes, os 3 oxigênios possuem carga formal nula e o nitrogênio com carga formal -1. Parece um bom candidato, a julgar pelas cargas formais, pelas ligações simples e conectividade dos oxigênios e do nitrogênio!!!!!!!!

Porém, precisamos lembrar que temos ligações entre átomos por hibridização sp3, sendo que estruturas em círculo geram tensão na estrutura como um todo (aumento na repulsão intereletrônica entre os elétrons envolvidos nas ligações). Estas repulsões intereletrônicas e o efeito de tensão no anel geralmente são compensados em estruturas com átomos mais leves, de raio maior, com menos elétrons e, consequentemente, com menor repulsão intereletrônica, como no caso do Carbono, capaz de formar diversos compostos cíclicos com ligações simples, duplas e ressonâncias!!!!!!!!

Porém, átomos menores e com mais elétrons, como nitrogênio e oxigênio, não desfrutam de tal vantagem, sendo a proposta cíclica não tão estável eletronicamente como poderíamos supor!!!!!!!!!

Além do mais, na proposta 1, o nitrogênio participa de 2 ligações químicas, tendo 2 pares de elétrons não compartilhados. Sendo o nitrogênio menos eletronegativo que os oxigênios, não estabiliza tão bem os pares não compartilhados quanto os oxigênios. Mais um ponto em desfavor da estrutura cíclica!!!!!!!!!

Nos arranjos 2 e 3, por conta dos pares de elétrons não compartilhados, as estruturas estabilizam-se melhor "saindo" de um arranjo linear para um angular!!!!!!!!

Embora com cargas formais aceitáveis de +1 e -1, as estruturas 2 e 3 também apresentam o nitrogênio com pares de elétrons não compartilhados e pelo menos 1 dos átomos de oxigênio com carga formal igual a +1!!!!!!!!!

Embora seja possível termos o oxigênio com carga formal de +1 (como no caso dos íons hidrônio, por exemplo), sendo um dos elementos mais eletronegativos da Tabela Periódica, o oxigênio não assimila e estabiliza bem uma carga de +1, já que é ávido por elétrons!!!!!!!!

Além do mais, o nitrogênio participa de 2 ligações químicas, similar ao que ocorre com a proposta cíclica!!!!!!!!

Tanto a proposta cíclica quanto as propostas angulares são teoricamente possíveis sim, porém a Natureza "escolherá" um arranjo ainda menos energético e mais estável se houver um e é isto que irá prevalecer, apesar das possibilidades teóricas!!!!!!!!

E é aqui que entram as propostas 4 e 5, com a seleção de 1 átomo central por estrutura proposta!!!!!!!!!

No arranjo 4, temos 1 átomo de oxigênio como átomo central, outros 2 oxigênios e o nitrogênio como periféricos, "rodeando" o oxigênio central!!!!!!!!

Este tipo de arranjo, trigonal planar, confere um elevado efeito estabilizador para a estrutura como um todo, uma vez que reduz ao máximo o efeito de repulsão intereletrônica entre os elétrons de ligação e aqueles não compartilhados nos átomos individuais!!!!!!!!!

Entre nitrogênio e oxigênio existe uma diferença fundamental na disponibilidade para realizar ligações químicas. Isto porque o oxigênio já obtém excelente efeito estabilizador participando de 2 ligações químicas já que, mais do que isso, teria que assumir parte da carga positiva de uma possível nova ligação, o que não é bom para o oxigênio, ávido por elétrons!!!!!!!!

O nitrogênio, por sua vez, estando à esquerda do oxigênio na Tabela Periódica e tendo menos prótons em seu núcleo, consegue estabilizar melhor cargas parciais positivas de novas ligações, podendo estabilizar-se tanto por recepção de novos elétrons, como por maior compartilhamento de seus elétrons de valência!!!!!!!!!

Voltando ao arranjo 4, temos a estrutura trigonal planar capaz de conferir grande efeito estabilizador à estrutura como um todo, porém também temos outros efeitos, desestabilizadores, importantes, como cargas formais de +2 para o oxigênio central e -2 para o nitrogênio quando existe uma dupla ligação entre os oxigênios central e periférico, o oxigênio assumindo 2 cargas positivas tanto para dupla ligação nitrogênio-oxigênio quanto para a dupla ligação oxigênio-oxigênio, o que é menos provável considerando a avidez por elétrons do oxigênio e o nitrogênio participando de uma ou duas ligações o que, apesar de gerar certa estabilidade eletrônica, pode não ser o arranjo mais estável!!!!!!!!

Por fim, o arranjo 5, com o nitrogênio como átomo central, agora com o efeito estabilizador do arranjo trigonal planar, o nitrogênio participando de 4 ligações ao invés de 2, o que traz um efeito estabilizador a mais, cargas formais compatíveis de +1 e -1, o nitrogênio "acomodando" relativamente bem a carga de +1 quando comparado com oxigênio, gerando maior estabilização, dupla ligação nitrogênio-oxigênio estabilizando melhor a estrutura do que ligações simples e, por fim, o efeito de ressonância!!!!!!!!!

Parece ficar claro que a proposta 5 é a que oferece a menor separação de carga possível, com maior estabilização do arranjo, menor energia e menor repulsão eletrônica possíveis!!!!!!!!!

Quanto à proposta do NO3^(+), aplicando o que foi proposto aqui, verás que os oxigênios precisam assimilar parte da carga parcial positiva da estrutura, proporcionando menor estabilidade!!!!!!!!

Teoricamente, é possível obter espécies como NO3^(+), mas na prática a Natureza sempre terá predileção por arranjos de menor energia e maior estabilidade. E, por tudo o que comentei acima, certamente NO3^(-) proporciona menor energia e maior estabilidade na Natureza do que a espécie NO3^(+)!!!!!!!!!

Você irá encontrar exemplos de espécies menos comuns aqui na superfície da Terra, ou seja, espécies relativamente exóticas para nosso cotidiano, pouco conhecidas, se pesquisar sobre Astroquímica!!!!!!!!!

A Astroquímica é a Ciência que estuda a Química no espaço sideral e no meio interestelar, interplanetário e intergaláctico!!!!!!!!

Como no espaço sideral existem poucas interações entre átomos e moléculas, já que os mesmos estão, às vezes, a muitos quilômetros de distância uns dos outros, combinações que consideramos exótica podem acontecer, pois não existem outras interações e matéria mesmo para estabilizar ainda mais as estruturas e arranjos lá presentes!!!!!!!!

Teoricamente, seria mais fácil "fabricar" a espécie NO3^(+) no espaço sideral do que aqui na Terra, pois aqui existem muitos átomos e moléculas por centímetro cúbico de espaço, sendo que esta espécie proposta rapidamente interagiria com a matéria ao redor, perdendo sua identidade original!!!!!!!

A Astroquímica é fascinante. Se tiver curiosidade, basta pesquisar sobre!!!!!!!!

[lmtosta]

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