Quali sono le corrette strutture di risonanza del protossido di azoto?

In primo luogo, nessuna delle strutture di risonanza che hai disegnato per il test è possibile perché entrambe violano la regola dellottetto. Per la struttura su la sinistra, la più a sinistra $ \ ce {N} $ controlla solo 6 elettroni e non esisterà in questa forma. La struttura a destra non lo è possibile perché $ \ ce {N} $ centrale sta partecipando a 5 obbligazioni, cosa che $ \ ce {N} $ non può fare. Il numero massimo di legami a cui $ \ ce {N} $ può partecipare è 3 (legame covalente – come $ \ ce {NH3} $) o 4 (legame coordinato – come $ \ ce {NH4 +} $).

Finché soddisfi la regola dellottetto (o almeno nel miglior modo possibile – ecco alcune eccezioni ) e desideri verificare la stabilità di una molecola che hai disegnato, usa semplicemente la formula per la carica formale. Questo è dato dallequazione:

$$ \ mathrm {FC} = \ mathrm {V} – (\ mathrm {N_B} + \ frac {\ mathrm {B}} {2}) $$

Dove $ \ mathrm {FC} $ è la carica formale, $ \ mathrm {V} $ è il numero di elettroni di valenza che latomo considerato di solito ha, $ \ mathrm {N_B} $ è il numero di elettroni non legati e $ \ mathrm {B} $ è il numero di elettroni condivisi in un legame covalente sullatomo. Se una molecola è stabile, la somma delle cariche formali di ciascun atomo sostituente dovrebbe essere 0. Se dovessi testarlo su ciascuna delle strutture di risonanza che il test fornisce come risposte, vedresti che questo è vero.

Commenti

• ' Se una molecola è stabile, la somma delle cariche formali di ciascun atomo sostituente dovrebbe essere 0 ' – Io ' non cercherò nemmeno di elencare il numero di modi in cui quella frase è sbagliata. Anche se ' t intendiamo stabile come termine termodinamico, è comunque sbagliato per gli ioni molecolari.
• @Jan A ione molecolare non è una molecola , è una entità molecolare e una molecola è per definizione neutra. Quindi lunico difetto che è presente in quella frase è che è ridondante, poiché una molecola è anche per definizione sempre almeno meta stabile.

Per aggiungere la buona risposta di Ringo e per aggiungere ulteriori informazioni sulla situazione del legame, ho eseguito un calcolo sul livello di teoria DF-BP86 / def2-SVP. Poiché questo è un molecola lineare, ci sono restrizioni di simmetria. Il suo gruppo di punti è $ C _ {\ infty \ mathrm {v}} $, il che significa che ci sono orbitali degenerati. Come vedremo, questi corrispondono a $ \ pi $ legami. Ecco unimmagine dello schema orbitale di valenza:

Gli orbitali 1-3 sono orbitali centrali (1s) ai rispettivi elementi. MO 4 corrisponde a un legame $ \ ce {ON} ~ \ sigma $. È interessante notare che questo legame è delocalizzato e descrive anche parte del legame $ \ ce {NN} ~ \ sigma $. Analogamente questo vale per MO 5, ma viceversa In MO 6 possiamo vedere la presenza del lo ne coppia allossigeno. Le MO 7 e 8 descrivono due legami $ \ pi $ delocalizzati, che si legano rispetto a tutti gli atomi nel composto. MO 9 ha principalmente un carattere di coppia solitaria e si trova allazoto terminale. Gli HOMO sono anche $ \ pi $ orbitali, leganti rispetto a $ \ ce {N-N} $ e anti-legame rispetto a $ \ ce {O-N} $. Questo in qualche modo implica anche il carattere di coppia solitaria per questi orbitali. Si noti che non esiste un orbitale con carattere di coppia solitaria nellazoto centrale.

Ho ulteriormente analizzato la funzione donda con la teoria dellorbitale del legame naturale. Questo metodo localizza gli orbitali (e la densità elettronica) e lo confronta con la densità elettronica ideale di una data struttura di Lewis. Percentuali elevate indicano che la configurazione concorda bene con il concetto di Lewis.

Ho incluso le strutture che hai suggerito . Puoi vedere che mentre la configurazione 1 non è una struttura di Lewis ideale, è ancora daccordo fino a un certo punto con il concetto di Lewis.Se qualcuno adottasse un approccio più rigoroso con la teoria di Valence Bond, mi aspetterei che questa struttura avrebbe un contributo (almeno minore) alla situazione generale del legame. Il difetto di base di questa struttura è il sestetto di elettroni allazoto terminale, come già ricordato da Ringo. Laspetto positivo di questa struttura è che non necessita di addebiti formali. Non considererei sbagliata questa struttura.
La seconda struttura, tuttavia, non è corretta. Questo può esistere solo in uno stato eccitato. Lazoto non può avere più di otto elettroni che si legano attorno ad esso.
La terza struttura è la struttura ideale, cioè quella con il più alto accordo. Mi aspetto che dia il contributo più elevato al legame complessivo.
La struttura 3 tiene conto degli effetti di delocalizzazione ed è uno dei maggiori contributi alla stabilizzazione della risonanza complessiva della molecola. Fondamentalmente puoi vedere il carattere di questo nei MO 7 e 8 sopra.
Lultima struttura ( 5 ) prova la stessa cosa, ma per i miei gusti, questo è un po inverosimile. È ancora in qualche modo daccordo con il concetto di Lewis, ma come la configurazione 1 mi aspetterei solo un contributo minore.