2.19 Determine a hibridação de orbitais necessária em:
;
Passo 1
O enunciado pede: determinar a hibridação de orbitais necessária em
.
Informações dadas e fixas:
- A espécie é
. - O átomo central é o nitrogênio (
). - Há quatro átomos de hidrogênio ligados ao nitrogênio.
- A espécie tem carga positiva
.
Passo 2
O que é hibridação e como a determinamos (passo-a-passo didático):
- Hibridação é um modelo quântico-qualitativo que explica como orbitais atômicos (por exemplo,
e do nitrogênio) se combinam para formar novos orbitais híbridos equivalentes que fazem ligações covalentes com geometria observada. - Para decidir a hibridação do átomo central de forma prática usamos o número de domínios eletrônicos (também chamado de número estérico) ao redor desse átomo. Cada domínio eletrônico é:
- uma ligação simples (uma ligação
), ou - um par de elétrons não compartilhado (par livre).
- uma ligação simples (uma ligação
- Definição prática que vamos usar:
Explicando as variáveis: ambas as quantidades são contagens inteiras; ligações múltiplas (dupla, tripla) contam como uma única ligação para efeito de número estérico. - Mapeamento número estérico
hibridação (regra prática): - número estérico
hibridação - número estérico
hibridação - número estérico
hibridação - número estérico
hibridação - número estérico
hibridação
- número estérico
Passo 3
Contar ligações
e pares não ligantes em
.
- Observação direta: em
o nitrogênio está ligado a quatro hidrogênios por quatro ligações simples. Cada ligação N–H contém uma ligação . Então: - Precisamos saber se há pares de elétrons não ligantes no nitrogênio (pares livres). Uma forma segura de verificar é calcular a carga formal no nitrogênio:
Aqui: - nitrogênio isolado tem
elétrons de valência; - se assumirmos
elétrons não ligantes no N, e sabemos que há ligações simples elétrons de ligação .
Aplicando a fórmula e sabendo que a carga da espécie é, obtemos:
Calculando o termo: então Conclusão: o nitrogênio em não possui pares não ligantes ( ). - nitrogênio isolado tem
Passo 4
Calcular o número estérico e determinar a hibridação.
- Usando a fórmula do Passo 2:
- Pelo mapeamento (Passo 2), número estérico
implica hibridação .
Passo 5
Interpretação física e vínculo com geometria (para aprender a aplicar na prova):
- Hibridação
significa que o nitrogênio combina um orbital com três orbitais para formar quatro orbitais híbridos equivalentes . Cada um desses híbridos contém um elétron que forma uma ligação com o do hidrogênio. - A geometria resultante é tetraédrica, com ângulos de ligação aproximadamente
. Isso explica por que tem forma tetraédrica (útil para reconhecer em questões de VSEPR). - Observação conceitual útil:
(amônia) tem também número estérico (três ligações + um par livre) e portanto também usa , mas um dos híbridos está ocupado por par livre. Em esse par livre foi usado para ligar um próton ( ), formando assim as quatro ligações e resultando em carga .
Passo 6
Dica rápida para a prova (resumo prático):
- Conte quantas ligações simples o átomo central faz e quantos pares não ligantes ele tem; some para obter o número estérico; use o mapeamento para obter a hibridação. Para
isso é imediato: ligações, pares → . - Respire fundo! Se travar, desenhe a estrutura de Lewis rápida e conte domínios ao redor do átomo central.