Quais são as estruturas de ressonância corretas do óxido nitroso?

Em primeiro lugar, nenhuma das estruturas de ressonância que você desenhou para o seu teste é possível porque ambas violam a regra do octeto. Para a estrutura em à esquerda, o $ \ ce {N} $ mais à esquerda está no controle de apenas 6 elétrons, e não existirá nesta forma. A estrutura à direita não é possível porque $ \ ce {N} $ central está participando de 5 títulos, o que $ \ ce {N} $ não pode fazer. O número máximo de ligações em que $ \ ce {N} $ pode participar é 3 (ligação covalente – como $ \ ce {NH3} $) ou 4 (ligação por coordenadas – como $ \ ce {NH4 +} $).

Contanto que você satisfaça a regra do octeto (ou pelo menos da melhor forma possível – aqui estão algumas exceções ) e você deseja verificar a estabilidade de uma molécula que você desenhou, simplesmente use a fórmula para carga formal. Isso é dado pela equação:

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

Onde $ \ mathrm {FC} $ é a carga formal, $ \ mathrm {V} $ é o número de elétrons de valência que o átomo em consideração geralmente tem, $ \ mathrm {N_B} $ é o número de elétrons não ligados, e $ \ mathrm {B} $ é o número de elétrons compartilhados em uma ligação covalente no átomo. Se uma molécula é estável, a soma das cargas formais de cada átomo substituinte deve ser 0. Se você fosse testar isso em cada uma das estruturas de ressonância que o teste fornece como respostas, você veria que isso é verdadeiro.

Comentários

• ' Se uma molécula é estável, a soma das cargas formais de cada átomo substituinte deve ser 0 ' – Eu ' m nem mesmo vou tentar listar o número de maneiras em que essa frase está errada. Mesmo que não ' não entendamos estável como um termo termodinâmico, ainda é errado para íons moleculares.
• @Jan A íon molecular não é uma molécula , é uma entidade molecular e uma molécula é, por definição, neutra. Portanto, a única falha que está presente nessa frase é que ela é redundante, já que uma molécula também é, por definição, sempre pelo menos metaestável.

Para acrescentar a boa resposta de Ringo e adicionar mais informações sobre a situação da ligação, fiz um cálculo no nível de teoria DF-BP86 / def2-SVP. Uma vez que este é um molécula linear, há restrições de simetria. Seu grupo de pontos é $ C _ {\ infty \ mathrm {v}} $, o que significa que existem orbitais degenerados. Como veremos, eles correspondem a ligações $ \ pi $. Aqui está uma imagem do esquema orbital de valência:

Os orbitais 1-3 são orbitais centrais (1s) nos respectivos elementos. MO 4 corresponde a uma ligação $ \ ce {ON} ~ \ sigma $. É digno de nota, que esta ligação é deslocalizada e também descreve parte da ligação $ \ ce {NN} ~ \ sigma $. isso vale para MO 5, mas o contrário. Em MO 6, podemos ver a presença do lo um par de oxigênio. MOs 7 e 8 descrevem duas ligações $ \ pi $ deslocalizadas, ligando-se em relação a todos os átomos no composto. MO 9 tem principalmente caráter de par solitário e está localizado no nitrogênio terminal. Tho HOMOs também são orbitais $ \ pi $, com ligação em relação a $ \ ce {N-N} $ e anti-ligação em relação a $ \ ce {O-N} $. Isso também implica um caráter de par solitário para esses orbitais. Por favor, note que não há orbital com caráter de par solitário no nitrogênio central.

Eu analisei posteriormente a função de onda com a teoria orbital da ligação natural. Este método localiza os orbitais (e densidade de elétrons) e os compara com a densidade de elétrons ideal de uma dada estrutura de Lewis. Altas porcentagens significam que a configuração concorda bem com o conceito de Lewis.

Eu incluí as estruturas que você sugeriu . Você pode ver que, embora a configuração 1 não seja uma estrutura de Lewis ideal, ela ainda concorda até certo ponto com o conceito de Lewis.Se alguém fizesse uma abordagem mais rigorosa com a teoria de Valence Bond, eu esperaria que essa estrutura tivesse (pelo menos uma pequena) contribuição para a situação geral de união. A falha básica dessa estrutura é o sexteto do elétron no nitrogênio terminal, como Ringo já mencionou. O aspecto positivo dessa estrutura é que ela não precisa de cobranças formais. Eu não consideraria esta estrutura errada.
A segunda estrutura, entretanto, não está correta. Isso só pode existir em um estado excitado. O nitrogênio não pode ter mais de oito elétrons ligando-se ao seu redor.
A terceira estrutura é a estrutura ideal, ou seja, aquela com a maior concordância. Eu esperaria que tivesse a maior contribuição para a ligação geral.
A estrutura 3 é responsável pelos efeitos de deslocalização e é uma das principais contribuições para a estabilização de ressonância geral da molécula. Basicamente, você pode ver o caráter disso nos MOs 7 e 8 acima.
A última estrutura ( 5 ) tenta a mesma coisa, mas para o meu gosto, isso é um pouco rebuscado. Ainda concorda um pouco com o conceito de Lewis, mas como a configuração 1 , eu esperaria apenas uma contribuição menor.

O nitrogênio não pode expandir seu octeto (não pode acomodar mais de oito elétrons de valência). Nas estruturas de ressonância que você desenhou, tanto o nitrogênio quanto o oxigênio nas pontas são estáveis (sem carga), mas o nitrogênio no meio tem cinco ligações, portanto, viola a regra acima. Portanto, o número máximo de ligações para o nitrogênio no meio é quatro. É por isso que o átomo de nitrogênio do meio (na resposta correta) tem quatro ligações, mas com uma carga.

Além disso, um octeto expandido é geralmente observado em elementos que estão localizados abaixo do segundo período.

Comentários

• " O octeto expandido é usado para elementos que estão localizados abaixo do período 2 porque eles têm orbitais d para expandir. " Hum, o quê ?! Então, como o iodo expande o octeto?
• Sempre há alguma expectativa
• Como o bromo e o cloro expandem o octeto então? O que quero dizer é que esta afirmação está errada ! Errado eu digo!
• […] Caramba, até H tem orbitais d vazios, mas é necessária uma quantidade considerável de energia para fazer os elétrons chegarem lá. Portanto, em suma, esta afirmação é enganosa … se não for totalmente baseada em uma premissa errada.
• @MARamezani: Sim, posso concordar com isso; a declaração estando incompleta. Quase nunca abordo elementos com base no número de seu período (ou mesmo grupo), mas sim de acordo com suas posições relativas na tabela periódica … aparentemente, o uso disso é diferente ao redor do mundo.