O íon cianato tem a fórmula química OCN-. Também é conhecido como isocianatos. É um ligante ambidentado que forma complexos.
O cianato é uma substância líquida incolor com pequeno odor. Se tratado com água cria fumos tóxicos e também se aquecido a alta temperatura até à decomposição pode produzir fumos de cianeto e óxidos nítricos que são tóxicos para a saúde. Neste editorial estamos aprendendo sobre a OCN- lewis e seus fatos detalhados.
Como desenhar a estrutura de lewis para OCN-?
Alguns pontos a serem lembrados enquanto desenhando qualquer estrutura de lewis
- Cálculo de elétrons de valência total da estrutura
- Elemento precisa de menor eletronegatividade para ocupar a posição central
- Conectando todos os elementos com colagem
Fórmula química para cianato ião é OCN-.
O peso molecular de OCN- é 42.017 g mol-1.
A geometria molecular de OCN- é de forma linear.
OCN- tem hibridização sp.
OCN- é de natureza polar.
O isômero do anaion fulminato menos estável é o cianato. Também possui várias formas de sal, como cianato de amônio. O cianato é um ânion composto por três elementos diferentes, ou seja, oxigênio, carbono e nitrogênio. A maioria dos compostos de cianato é tóxico para inalar, inflamável e também pode causar irritação nos olhos, pele e membranas mucosas.
É um ligante em ponte e ambidentado (ambidentado significa que pode coordenar com qualquer um de seus dois elementos diferentes).
Na estrutura OCN-lewis, há uma ligação covalente simples entre os átomos de carbono e oxigênio e uma ligação tripla entre os átomos de oxigênio e nitrogênio. O átomo de nitrogênio em OCN- estrutura de lewis tem carga negativa nele.
OCN- elétrons de valência
- OCN- Cálculo de elétrons de valência total da estrutura
Vamos calcular o total de elétrons de valência no íon OCN-. Como nós saiba que o íon OCN- envolve três elementos oxigênio, carbono e nitrogênio, temos que verificar a posição do grupo desses três elementos na tabela periódica. O átomo de oxigênio pertence a 16th grupo, o átomo de carbono pertence a 14th grupo e o átomo de nitrogênio pertence a 15th grupo da tabela periódica.
Portanto, o átomo de O contém 6 elétrons de valência, o átomo de C contém 4 elétrons de valência e o átomo de N contém 5 elétrons de valência em sua camada de valência. Como o íon OCN- tem um átomo de O, um átomo de C e um átomo de N, vamos primeiro calcular o total de elétrons de valência para o íon OCN-.
Elétrons de valência do átomo de oxigênio = 6 x 1 (O) = 6
Elétrons de valência do átomo de carbono = 4 x 1 (C) = 4
Elétrons de valência do átomo de nitrogênio = 5 x 1 (N) = 5
Agora, adicione um elétron extra para a carga negativa (-) presente no íon OCN-
Então, elétrons de valência total do íon OCN- = 6 (O) + 4 (C) + 5 (N) + 1 (-) = 16
Portanto, o total de elétrons de valência em OCN- estrutura de lewis é dezesseis.
Vamos encontrar o total de pares de elétrons na estrutura OCN-lewis dividindo o total de elétrons de valência por dois.
OCN- pares de elétrons totais = OCN- elétrons de valência total / 2 = 16/2 = 8
Portanto, há um total de oito pares de elétrons na estrutura OCN-lewis.
- Elemento precisa de menor eletronegatividade para ocupar a posição central
O átomo com menor eletronegatividade ocupará a posição central do OCN- estrutura de lewis. O átomo de O tem eletronegatividade de 3.44, o átomo de C tem eletronegatividade de 2.55 e o átomo de nitrogênio tem eletronegatividade de 3.04. Assim, o átomo de carbono é menos eletronegativo de todos os três elementos. Então o átomo de carbono ocupará a posição central do OCN- estrutura de lewis.
- Conectando todos os elementos com colagem
Agora, conecte todos os três elementos O, C e N uns com os outros, ligando com uma única ligação covalente entre eles. Há o envolvimento de dois elétrons de valência em cada ligação covalente simples.
OCN - regra do octeto da estrutura de lewis
Temos um total de 16 elétrons de valência em OCN- estrutura de lewis, dos quais quatro elétrons envolvidos na ligação entre OC e CN, ou seja, dois pares de ligação. Agora ficamos com mais 12 elétrons de valência para distribuição em OCN- estrutura de lewis para completar o octeto de todos os três elementos presentes no íon.
Para completar o octeto temos que colocar os oito elétrons na camada de valência dos átomos. Agora temos que completar o octeto de elementos externos ou seja, oxigênio e átomo de nitrogênio.
A estrutura acima mostra que os elétrons restantes são compartilhados em O e N, há seis elétrons no oxigênio e seis elétrons no átomo de nitrogênio são distribuídos. Assim, podemos ver que os átomos de O e N tem octeto completo, ou seja, dois pares de ligações e três pares isolados. Da mesma forma, o átomo de N também tem elétrons de ligação teo e três elétrons solitários.
Assim, o átomo de O e N tem octeto completo com oito elétrons, mas o átomo de C tem apenas quatro elétrons, ou seja, pares de elétrons de ligação.
Então, o átomo de carbono não é satisfeito porque seu octeto não é completo e a estrutura é instável. Então temos que mover os elétrons dos átomos de nitrogênio e oxigênio para completar o octeto do átomo de carbono central e também para formar ligações duplas ou triplas para obter uma estrutura OCN-lewis estável, que veremos mais adiante na explicação da estrutura de ressonância.
Encargos formais da estrutura de lewis da OCN
Os átomos de qualquer estrutura de lewis ter pequena carga formal dá uma estrutura mais estável. Existe uma fórmula para contar cargas formais em átomos em uma estrutura de Lewis como segue.
Carga formal = (elétrons de valência – elétrons não ligantes – ½ elétrons ligantes)
Vamos contar as acusações formais na estrutura da OCN-lewis. Então, primeiro contamos a carga formal do átomo de oxigênio.
Átomo de oxigênio: elétrons de valência do oxigênio = 06
Elétrons não ligantes do oxigênio = 06
Elétrons de ligação do oxigênio = 02
Carga formal em oxigênio = (6 – 6 – 2/2) = -1
Átomo de carbono: elétrons de valência do carbono = 04
Elétrons não ligantes do carbono = 00
Elétrons de ligação do carbono = 04
Carga formal no carbono = (4 – 0 – 4/2) = +2
Átomo de nitrogênio: elétron de valência do nitrogênio = 05
Elétron não ligante do nitrogênio = 06
Elétrons de ligação do nitrogênio = 02
Carga formal em nitrogênio = (05 – 06 – 2/2) = -2
Assim, o átomo de oxigênio tem carga formal -1, o átomo de carbono tem carga formal +2 e o átomo de nitrogênio tem carga formal -2 na estrutura OCN-lewis.
OCN - pares isolados da estrutura de lewis
Em OCN- estrutura de lewis, após a conclusão de ambos os elementos externos, ou seja, O e N, há um total de doze elétrons não ligantes em ambos os átomos. Significa total de seis elétrons solitários pares estão presentes na estrutura OCN-lewis em forma instável.
Assim, o átomo de oxigênio tem três pares de elétrons livres, o átomo de carbono tem zero pares de elétrons livres e o átomo de nitrogênio tem três pares de elétrons livres em OCN- estrutura de Luís.
OCN-ressonância da estrutura de Lewis
OCN- estrutura de lewis mostra três estruturas de ressonância não equivalentes com a formação de ligações múltiplas (duplas/triplas) por transferência de elétrons dentro do íon.
Na estrutura de ressonância OCN, as distribuições de carga e ligações são variadas e os níveis de energia diferem entre si. Algumas estruturas de ressonância mostram mais estabilidade do que outras estruturas de ressonância. De acordo com as regras da estrutura de ressonância, se a estrutura tem menos energia do que é mais estável na natureza.
Já vimos no tópico de cargas formais que a estrutura OCN-lewis consiste basicamente em três cargas -1 no O, +2 no C e -2 no N. Agora temos que converter os pares de elétrons isolados do átomo de N em vez do átomo de O , pois O é mais eletronegativo que o átomo de N. O nitrogênio sendo menos eletronegativo pode fornecer mais elétrons de valência para compartilhamento.
Para obter a estrutura de ressonância mais estável, a carga negativa deve estar no elemento com mais eletronegatividade. Assim, na estrutura acima, o oxigênio tem carga negativa em uma estrutura de ressonância, que é mais estável como oxigênio mais eletronegativo do que C e N.
Temos que converter o elétron solitário dos átomos de nitrogênio em par de ligação para fazer a ligação CN dentro do átomo de C e N. Como há mais cargas nos átomos, temos que converter mais pares de elétrons solitários do átomo de N em par de ligação para obter uma ligação tripla entre C e N, criando carga negativa no átomo de O para dar uma estrutura mais estável.
Agora, na estrutura mais estável acima, podemos ver que o átomo de carbono agora tem oito elétrons em quatro pares de ligações, ou seja, o átomo de carbono está satisfeito com o octeto completo. Além disso, a carga negativa está no átomo de O, pois é mais eletronegativo e mostra boa estrutura de lewis.
Assim, finalmente concluímos que a estrutura OCN-lewis apresenta três ressonâncias após a minimização das cargas sobre ela. Uma estrutura de ressonância mostra ligação simples entre OC e ligação tripla entre CN, a segunda estrutura de ressonância mostra ligação tripla entre OC e ligação simples entre CN e a terceira estrutura de ressonância mostra ligações duplas entre OC e CN.
OCN - forma da estrutura de lewis
Como já vimos na ressonância acima explicação da estrutura, que o átomo de O tem carga negativa -1, pois é mais eletronegativo. Também O e C têm uma ligação covalente simples e o átomo de C e N tem ligação tripla mostrando uma forma estável de estrutura. Portanto, há zero pares de elétrons solitários no átomo de carbono central. A fórmula genérica da teoria VSEPR para o íon OCN é AX2.
De acordo com a estrutura acima e seus elétrons de valência, o arranjo dos átomos de OCN parece planar; também não há pares de elétrons isolados presentes e também a geometria não está em forma dobrada. Então, de acordo com a teoria VSEPR, a estrutura OCN-lewis tem forma linear.
OCN- Hibridação
A hibridização de qualquer molécula pode ser determinada pela densidade eletrônica presente no átomo. Na estrutura OCN-lewis acima discutida, o átomo de carbono central está criando ligações dentro do átomo de oxigênio e nitrogênio, agora vamos discutir sobre sua hibridização.
Existe uma ligação tripla entre carbono e nitrogênio que mostra uma densidade de um elétron, também o carbono tem uma ligação covalente simples com o átomo de oxigênio mostra a segunda densidade eletrônica. Como existem duas densidades eletrônicas para o átomo de carbono na estrutura OCN-lewis, os dois orbitais híbridos podem se formar pelo átomo de carbono para formar ligações com os átomos de oxigênio e nitrogênio.
Portanto, o átomo de carbono pode formar um orbital híbrido 's' e um orbital híbrido 'p' durante a formação de uma ligação simples e tripla com o átomo de oxigênio e nitrogênio. Assim, o átomo de carbono central tem 'sp' hibridização na estrutura OCN-lewis.
OCN-polar ou apolar
Alguns pontos a serem observados, considerando que qualquer molécula é de natureza polar ou não polar, como segue.
- Se dois átomos têm mais diferença de eletronegatividade, então a molécula é de natureza polar.
- Simetria ou forma molecular assimétrica, se simétrica então não polar e se assimétrica então é uma molécula polar.
- O momento de dipolo é criado devido a átomos centrais mais eletronegativos.
Vamos discutir a natureza polar ou não polar da estrutura OCN-lewis. A eletronegatividade do átomo de C é 2.55, a eletronegatividade do átomo de O é 3.44 e a eletronegatividade do átomo de N é 3.04. As diferenças de eletronegatividades de todos os três elementos são claramente vistas.
No caso da estrutura OCN-lewis, a ligação carbono e oxigênio (CO) e carbono e nitrogênio (CN) cria um dipolo nela devido às suas diferenças de eletronegatividade. Basicamente sabemos que, a molécula é polar quando possui um ou mais pares de elétrons isolados no elemento central e possuindo diferentes elementos externos.
Assim, o átomo de carbono central do íon OCN- não possui pares de elétrons isolados e também o íon OCN- possui geometria assimétrica. Assim, o íon OCN- é de natureza polar.
OCN - ângulo de ligação da estrutura de Lewis
A estrutura OCN-lewis possui três elementos dispostos em um único plano horizontal e com distribuição assimétrica de elétrons que apresenta forma linear do íon OCN-.
Assim, a estrutura OCN-lewis tem um ângulo de ligação de 180 graus.
OCN - geometria eletrônica da estrutura de lewis
Já discutimos sobre a estrutura de leis, cargas formais, elétrons de valência e estrutura de ressonância do íon OCN-. A partir do qual podemos ver que existem 16 elétrons de valência totais presentes no íon OCN-.
A partir desses 16 elétrons de valência, podemos criar duas ligações duplas entre OC e CN ou podemos criar uma ligação tripla entre OC ou CN. Mas a forma estável da estrutura de ressonância OCN mostra uma ligação simples entre o átomo de O e C e uma ligação tripla entre o átomo de C e N com carga negativa no átomo de O. Também existem três pares isolados no átomo de O e dois pares isolados no átomo de N, devido aos quais este íon é denominado como ligante ambidentado.
Assim, o íon OCN- mostra geometria tetraédrica de pares de elétrons.
OCN- Usos
Como o íon cianato (OCN-) é de natureza tóxica, ou seja, é inflamável, também causa irritações na pele humana, olhos e membranas mucosas. Não vimos o íon cianato em nosso uso geral da vida cotidiana. Pode ser usado apenas em fábricas e indústrias químicas de alto nível.
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