Exemplo resolvido: uso de cargas formais para determinar estruturas de ressonância não equivalentes

RKA22JL - Olá, meu amigo ou minha amiga. Tudo bem com você? Seja muito bem-vindo ou bem-vinda a mais um vídeo da Khan Academy Brasil. E, nesse vídeo, vamos resolver um exemplo sobre o cálculo da carga formal, e como podemos utilizá-la para dizer qual é a estrutura de ressonância que mais contribui para o híbrido de ressonância. E esse exemplo diz o seguinte: “Três estruturas de ressonância possíveis para o íon tiocianato, SCN⁻, são mostradas abaixo”. Temos aqui essas três possibilidades. Baseado nas cargas formais, qual das três estruturas mais contribui para o híbrido de ressonância do tiocianato? Foi dado aqui algumas informações extras, que, no caso, é uma tabela de eletronegatividade da escala de Pauling para os elementos que estão nessas estruturas. Talvez, isso aqui seja útil de alguma forma. Enfim, qual dessas estruturas contribuem mais para o híbrido de ressonância do tiocianato? Que tal você pausar esse vídeo e tentar descobrir isso? Vamos trabalhar nisso juntos agora? Existem realmente duas coisas que queremos observar quando estamos pensando sobre qual dessas estruturas de ressonância contribui mais para o híbrido de ressonância. A primeira é que queremos descobrir qual das estruturas possui cargas formais dos átomos individuais que sejam o mais próximo possível de zero. Então, vamos escrever isso aqui. Átomos individuais precisam ter uma carga formal o mais próximo possível de zero. Observe que eu não estou falando sobre a carga de todo o íon, eu estou falando sobre a carga formal de cada átomo individual. E é essa carga que precisa ser o mais próximo possível de zero. A segunda coisa está relacionada com a eletronegatividade, porque também queremos ver que, se houver alguma carga formal negativa em algum átomo individual, que seja no átomo mais eletronegativo. Então vamos escrever isso aqui também. Qualquer carga formal... novamente, não estamos falando sobre a carga de todo o íon, ok? Então, qualquer carga formal negativa em um átomo individual, o ideal é que seja no mais eletronegativo. Agora, com esses dois princípios apresentados, Vamos descobrir qual dessas estruturas chega mais perto desses ideais. Para fazer isso, vamos calcular as cargas formais em cada uma dessas estruturas de ressonância. E a forma como fazemos isso é: para cada um desses elementos, nós temos que pensar em quantos elétrons de valência cada um desses átomos teria se eles fossem livres e neutros. Vamos fazer uma outra coluna aqui. Nessa coluna, vamos colocar os elétrons de valência. Você pode procurar em uma tabela periódica dos elementos, mas se você já souber, pode colocar aqui que um carbono neutro e livre tem quatro elétrons de valência. Ele tem seis no total, mas quatro estão na camada externa, na segunda camada. O nitrogênio neutro e livre tem cinco elétrons de valência. Ele tem sete, mas cinco estão na camada externa. E o enxofre tem seis elétrons de valência. Como eu estava falando, a forma de calcular a carga formal dos átomos individuais em cada uma dessas estruturas de ressonância é pegando a quantidade de elétrons de valência. Por exemplo, vamos pegar aqui o enxofre. Quantos elétrons de valência o enxofre livre e neutro tem? Vimos aqui que são seis. A gente subtrai desse valor os elétrons que estão alocados a esse átomo nessa estrutura de ressonância. Por esse diagrama de Lewis, percebemos que temos um, dois, três, quatro, cinco. Então temos cinco elétrons alocados a esse enxofre. Repare que são cinco elétrons contra seis elétrons que são alocados normalmente ao enxofre livre e neutro. Sendo assim, temos uma carga positiva +1 aqui, não é? Outra forma como você poderia pensar sobre isso é que tipicamente temos seis elétrons de valência, mas estamos vendo apenas cinco nessa estrutura de Lewis, então é daí que sai esse +1. Agora, podemos fazer o mesmo exercício com o carbono. O carbono normalmente tem quatro elétrons de valência quando é neutro e livre. E, nessa estrutura de Lewis, nessa estrutura de ressonância, podemos ver que ele também tem quatro elétrons de valência alocados a ele. Então a carga formal desse carbono é igual a zero. Agora vamos ver o nitrogênio. Temos aqui um, dois, três, quatro, cinco, seis, sete elétrons de valência alocados a esse nitrogênio. O nitrogênio neutro teria cinco elétrons de valência, mas temos dois a mais do que isso. Então a carga formal aqui é 5 menos 7, ou seja, como temos dois elétrons a mais do que teria em um nitrogênio livre e neutro, teremos uma carga formal igual a -2. Agora, vamos para essa outra estrutura de ressonância. Vamos fazer a mesma coisa. Temos um, dois, três, quatro, cinco, seis elétrons de valência alocados ao enxofre. Isso é o mesmo número de elétrons de valência que um enxofre neutro tem. Então, aqui não temos uma carga formal. Você pode pensar nisso como sendo 6 menos 6, que é igual a 0. O carbono tem quatro elétrons de valência alocados a ele nesse diagrama de Lewis. E isso é o número típico de elétrons de valência que um carbono neutro e livre tem. Então, mais uma vez, teremos aqui 4 menos 4, e a carga formal será igual a zero. Agora, vamos para esse nitrogênio. Temos um, dois, três, quatro, cinco, seis elétrons de valência alocados a ele. O nitrogênio normalmente teria cinco. 5 menos 6 é igual a -1. Ou seja, temos um elétron de valência a mais alocado a esse nitrogênio. Logo, isso dá a ele uma carga formal igual a -1. Por último, mas não menos importante, nessa estrutura de ressonância, temos um, dois, três, quatro, cinco, seis, sete elétrons de valência alocados a esse enxofre. O enxofre neutro teria seis elétrons de valência. Temos um elétron extra, então 6 menos 7 nos dá uma carga formal igual a -1 para esse enxofre nessa estrutura de ressonância. O carbono continua tendo os quatro elétrons de valência típicos que ele costuma ter quando está livre e neutro. Então não temos nenhuma carga formal aqui. Esse nitrogênio tem um, dois, três, quatro, cinco elétrons de valência alocados a ele. que é o mesmo valor para o nitrogênio neutro e livre. Então, a carga formal é 5 menos 5, que é igual a zero. Ou seja, esse nitrogênio não tem carga formal. Bem, terminamos essa parte. A gente já calculou a carga formal de todos esses átomos, agora vamos examinar esses dois princípios. Qual das estruturas possuem átomos individuais com cargas formais o mais próximo possível de zero? Nessa primeira estrutura de ressonância, nós temos dois átomos individuais, cujas cargas formais não são zero. E, de fato, o nitrogênio está muito longe de zero, enquanto que, nessas outras duas estruturas de ressonância, nós temos apenas um átomo que não tem uma carga formal igual a zero. Então, apenas se baseando nesse primeiro princípio, eu acredito fortemente que essas duas estruturas de ressonância contribuem mais para o híbrido de ressonância do que a primeira. Então, eu vou descartar essa primeira aqui. Como a gente tem que escolher entre essas duas estruturas, a gente precisa ir para o segundo princípio. Qualquer carga formal negativa em um átomo individual, o ideal é que seja no mais eletronegativo. Repare que nessa estrutura de ressonância aqui a carga formal negativa está no nitrogênio, enquanto que, nessa terceira, a carga formal negativa está no enxofre. Podemos ver aqui nessa tabela que o nitrogênio é mais eletronegativo que o enxofre. Portanto, nessa segunda estrutura de ressonância, temos a carga formal negativa em um átomo que é mais eletronegativo, que, nesse caso, é o nitrogênio. Nessa terceira estrutura de ressonância, o negativo é o enxofre. Então, devido a esses dois princípios, essa segunda estrutura de ressonância é a que tem maior probabilidade de contribuir mais com o híbrido de ressonância. Eu espero que você tenha compreendido tudo direitinho o que conversamos aqui, e, mais uma vez, eu quero deixar para você um grande abraço e até a próxima!