Carga formal

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 apresentar a ideia de carga formal. Como a gente vai ver, o cálculo da carga formal é uma ferramenta que os químicos utilizam para analisar moléculas, e nós poderemos utilizá-las hoje para fazer isso também. A carga formal não é a carga da molécula como um todo. Ela é, na verdade, um número que podemos calcular para cada átomo individual de uma molécula, e como veremos em vídeos futuros, ela vai nos ajudar a pensar sobre quais estruturas de ressonância irão contribuir mais ou menos para o híbrido de ressonância. Mas antes de ir muito fundo nisso, vamos dar uma definição para o que é a carga formal. Sendo assim, para começar a entender isso, vamos calcular a carga formal de todos os átomos para essas duas possibilidades de estrutura do ácido nitroso. Essas duas representações são estruturas de ressonância para o ácido nitroso. Porém, vamos pensar aqui sobre qual contribui mais para o híbrido de ressonância com base na carga formal. Mas como podemos fazer isso? A definição da carga formal é que, para cada átomo dessa molécula, nós vamos calcular o número de elétrons de valência quando ele está livre e neutro. A partir disso, nós vamos subtrair o número de elétrons de valência alocados no átomo ligado. Aí, vem uma pergunta muito interessante. O que significa estar alocado? Bem, eu vou separar essa definição um pouco. Se a gente quiser pensar sobre o número de elétrons de valência que estão alocados em um átomo ligado, a gente precisa pegar o número de elétrons nos pares isolados, e aí somar com a metade do número de elétrons compartilhados. Vamos tentar dar um sentido a isso aplicando essa ideia para calcular a carga formal dos constituintes do ácido nitroso. Vamos começar com esse hidrogênio aqui. Qual é o número de elétrons de valência em um átomo livre e neutro de hidrogênio? Já vimos isso várias vezes, mas se você quiser, pode dar uma olhadinha na tabela periódica dos elementos. Aí você vai ver que um hidrogênio neutro livre tem um elétron de valência. Agora, quantos elétrons de valência são alocados para o átomo ligado? Uma forma de pensar sobre isso é desenhar um círculo ao redor desse átomo na molécula. E aí, você vai querer capturar todos os pares solitários e também a metade do vínculo. Ou seja, você pode dizer que, para cada vínculo, a gente vai ter um elétron, porque há metade dos elétrons compartilhados. Não se esqueça que cada ligação é composta por dois elétrons compartilhados, e nós só queremos metade disso. Somando isso, teremos a quantidade de elétrons de valência alocados aqui no átomo, que no caso do hidrogênio é apenas um. Sendo assim, estamos lidando com uma carga formal igual a 1 menos 1. Ou seja, a carga formal para esse hidrogênio é igual a zero. E quanto a esse oxigênio aqui? A gente faz o mesmo exercício. Eu gosto de desenhar um círculo em torno do átomo. Como já vimos diversas vezes, o número de elétrons de valência em um oxigênio livre e neutro é igual a seis. Aí a gente subtrai disso o número de elétrons de valência alocados ao átomo ligado. O átomo ligado aqui tem um par de elétrons que não está realizando ligação. Somando isso à metade dos elétrons compartilhados, metade dos elétrons compartilhados é igual a três. Então, adicionando esses elétrons, a gente vai ter um, dois, três, quatro, cinco. Sendo assim, teremos 6 menos 5, que é igual a 1 positivo. Assim, a carga formal desse oxigênio nessa configuração do ácido nitroso é igual a 1 positivo. E quanto ao nitrogênio? A gente vai fazer um exercício semelhante aqui. O nitrogênio neutro livre tem cinco elétrons de valência. Vimos isso várias vezes. Inclusive, você pode conferir na tabela periódica dos elementos. A partir disso, vamos subtrair o número de elétrons de valência locados ao nitrogênio ligado. Nós temos um, dois, três, e aí mais esses dois elétrons que não estão realizando uma ligação. Então, teremos aqui cinco elétrons alocados ao nitrogênio. Fazendo o cálculo, temos 5 menos 5, que é igual a zero. Então, a carga formal para esse nitrogênio é igual a zero. Agora, temos esse último oxigênio aqui. O oxigênio livre e neutro tem seis elétrons de valência. A partir disso, subtraímos o número de elétrons de valência alocados ao átomo ligado. Temos aqui dois, quatro, seis elétrons isolados, mais a metade de elétrons nessa ligação. Então teremos aqui 6 menos 7, que é igual a 1 negativo. Portanto, esse oxigênio tem uma carga formal igual a 1 negativo. É sempre bom lembrar que a gente não está falando da carga total da molécula. A carga formal é uma ferramenta matemática que usamos para analisar essa configuração. Mas uma forma interessante de analisar isso que a gente está fazendo é dizer que, nessa configuração, a gente tem em média um elétron a mais em torno desse oxigênio do que é um oxigênio neutro e livre teria. Já esse outro oxigênio tem um elétron de valência a menos em torno dele do que um oxigênio livre e neutro teria. Enfim, agora que fizemos isso, vamos olhar para essa outra configuração aqui embaixo. Esse hidrogênio é idêntico a esse hidrogênio aqui em cima. Não tem pares de elétrons isolados e só têm uma ligação covalente a um oxigênio. Então, fazendo a mesma análise que a gente fez aqui em cima, a gente vai ter que a carga formal vai ser igual a zero. Porém, vamos pensar sobre esse oxigênio aqui. Um oxigênio neutro livre tem seis elétrons de valência. O número de elétrons de valência alocados a esse oxigênio é igual a dois, quatro, cinco, seis. Então, temos 6 menos 6, que é zero. Ou seja, a carga formal para esse oxigênio, nessa configuração, é igual a zero. Vamos para esse nitrogênio aqui. O nitrogênio livre tem cinco elétrons de valência, e esse nitrogênio tem dois, três, quatro, cinco elétrons de valência atribuídos a ele. Então, temos 5 menos 5, ou seja, a carga formal é igual a zero. Agora, por último, mas não menos importante, esse oxigênio bem aqui. Um oxigênio neutro livre tem seis elétrons de valência. Esse tem dois, quatro, cinco, seis elétrons de valência alocados ao átomo ligado. Sendo assim, temos 6 menos 6, que é igual a zero. O que vemos é que nessa primeira configuração, ou nessa primeira estrutura de ressonância, o ácido nitroso tem uma carga formal. Tem +1 nesse oxigênio, e -1 nesse oxigênio, enquanto que aqui embaixo a estrutura não tem nenhuma carga formal ou a carga formal é igual a zero. Como a gente vai ver em outros vídeos, quanto mais próximos os átomos individuais estiverem da carga formal igual a zero, mais provável é essa estrutura. Então, é mais provável que essa estrutura de ressonância contribua mais para o híbrido de ressonância. Mas a gente vai conversar melhor sobre isso em outros vídeos, ok? Aqui eu só quis mostrar o que é a carga formal e como fazer o cálculo dela para os átomos individuais de uma molécula. 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!