Como calcular carga formal e hibridização, com calculadora grátis

O que é carga formal

A carga formal é a carga que um átomo teria se toda ligação de uma estrutura de Lewis fosse compartilhada igualmente entre seus dois átomos. É uma ferramenta de contabilidade. Ela diz onde fica a carga de um íon em uma dada estrutura de Lewis e ajuda a escolher a melhor estrutura quando há várias.

A fórmula é CF = V − N − B/2.

• V é o número de elétrons de valência do átomo livre. Para os elementos representativos, é o número do grupo (na numeração antiga): C = 4, N = 5, O = 6, F e Cl = 7.
• N é o número de elétrons não ligantes no átomo. Cada par isolado conta como 2.
• B é o número de elétrons ligantes em volta do átomo. Uma ligação simples conta como 2, uma dupla como 4 e uma tripla como 6. B/2 é simplesmente o número de ligações.

As cargas formais de todos os átomos somam a carga total da molécula ou íon.

O que é hibridização e como encontrá-la

A hibridização descreve qual mistura de orbitais s e p um átomo usa para suas ligações σ e pares isolados. Encontre-a pelo número estérico: o número de átomos ligados ao átomo mais o número de pares isolados. Ligações duplas e triplas contam uma vez, porque só uma ligação σ une os dois átomos.

A exceção da conjugação. Um nitrogênio, oxigênio ou carbânion com par isolado ao lado de uma ligação π geralmente coloca esse par em um orbital p para que ele possa se deslocalizar. O átomo então usa três orbitais híbridos e é sp², embora a contagem simples dê 4. Isso vale para o N de amidas, da anilina e do pirrol, o O de ésteres, do fenol e do furano e o O⁻ de carboxilatos e grupos nitro.

Como usar a calculadora passo a passo

1. Abra a calculadora de carga formal e hibridização.
2. Desenhe a estrutura no editor, ou digite na caixa SMILES ou fórmula e clique em Calcular. Fórmulas como NO3-, SO4^2- ou XeF4 funcionam para espécies com um átomo central. Para o resto, use SMILES como C[N+](=O)[O-].
3. Ou clique em um botão de exemplo: CO₂, NO₃⁻, Ozônio, Nitrometano, Acetato, Anilina e outros.
4. Leia a tabela. Cada linha mostra V, N, B, a conta Carga formal = V − N − B/2, o número estérico, a hibridização, a geometria eletrônica, a geometria molecular e o ângulo de ligação aproximado. Marque Mostrar átomos de hidrogênio na tabela para listar também os átomos de H.
5. Um asterisco no número estérico marca um par isolado conjugado (sp² em vez de sp³).
6. Use a Verificação manual da carga formal para um único átomo de uma estrutura desenhada no papel: informe o elemento, os átomos ligados, as ligações desenhadas e os pares isolados.
7. Clique em Abrir no MolDraw para manter a estrutura e exportá-la.

Exemplos resolvidos

1. Íon nitrato, NO₃⁻

Uma ligação dupla N=O e duas ligações simples N–O. O N não tem pares isolados: CF = 5 − 0 − 8/2 = +1. O O da ligação dupla tem 2 pares isolados: CF = 6 − 4 − 4/2 = 0. Cada O de ligação simples tem 3 pares isolados: CF = 6 − 6 − 2/2 = −1. Soma = +1 + 0 − 1 − 1 = −1. O N tem três ligações σ e nenhum par isolado, então é sp² e trigonal plano (120°).

2. Ozônio, O₃

O O central tem um par isolado, uma ligação dupla e uma simples: CF = 6 − 2 − 6/2 = +1. O O terminal da ligação simples tem 3 pares isolados: CF = 6 − 6 − 1 = −1. O O terminal da ligação dupla é 0. O O central tem número estérico 3 (2 átomos + 1 par isolado), então é sp² e angular, com ângulo medido de 116,8°.

3. Íon cianeto, CN⁻

C≡N com um par isolado em cada átomo. C: CF = 4 − 2 − 6/2 = −1. N: CF = 5 − 2 − 6/2 = 0. A carga negativa fica no carbono, e é por isso que o cianeto se liga a metais pelo C. Os dois átomos são sp.

4. Nitrometano, CH₃NO₂

O N tem quatro ligações (uma C–N, uma N=O, uma N–O) e nenhum par isolado: CF = 5 − 0 − 8/2 = +1. O O da ligação simples é −1. Desenhar duas ligações N=O poria 10 elétrons no nitrogênio, o que um átomo do segundo período não comporta. O N é sp², e o carbono do CH₃ é sp³.

5. Acetamida, CH₃CONH₂

Todas as cargas formais são 0. O N tem três ligações σ e um par isolado, então a contagem simples diz sp³. O par isolado fica ao lado da ligação π C=O e se deslocaliza, então o N da amida é sp² e plano. É por isso que a ligação C–N das amidas tem caráter parcial de ligação dupla.

Tabela-resumo

Erros comuns

• Subtrair B em vez de B/2. Com B contado em elétrons, divida por 2.
• Contar pares isolados em vez de elétrons de pares isolados para N. Dois pares isolados dão N = 4.
• Contar uma ligação dupla como dois domínios ao calcular o número estérico.
• Dar a C, N ou O mais de 8 elétrons. Só átomos do período 3 em diante (P, S, Cl, Xe) podem expandir o octeto.
• Chamar o nitrogênio de amidas ou da anilina de sp³.
• Confundir carga formal com número de oxidação. No CO₂, o C tem carga formal 0, mas número de oxidação +4.

Dicas para provas e vestibulares

• Confira a soma. As cargas formais precisam somar a carga do íon. Se não somarem, falta ou sobra um par isolado.
• Melhor estrutura de Lewis: cargas formais mais próximas de zero, carga negativa no átomo mais eletronegativo, nenhum octeto acima de 8 para átomos do período 2.
• Os vestibulares costumam pedir a hibridização do átomo central em íons como I₃⁻ (sp³d), XeF₄ (sp³d²) e SO₄²⁻ (sp³). Use o número estérico.
• Questões discursivas pedem para justificar a melhor estrutura de ressonância ou de Lewis com cargas formais. Escreva a conta V − N − B/2.
• Questões de química orgânica sobre a planaridade das amidas ou a basicidade da anilina dependem do nitrogênio sp² e do seu par isolado deslocalizado.

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