50- (Chang 2013) Quais são os orbitais híbridos dos átomos de carbono nas seguintes moléculas?
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}=\mathrm{O}

Passo 1

O enunciado pede: “Quais são os orbitais híbridos dos átomos de carbono na molécula \mathrm{CH_3CH=O}?”\n
Informações dadas (explícitas ou implícitas no enunciado):\n
  • A molécula é \mathrm{CH_3CH=O}, isto é, um grupo metila ligado a um carbono que forma uma dupla ligação com oxigénio (acetaldeído).\n
  • Há dois átomos de carbono distintos para analisar: o carbono do grupo \mathrm{CH_3} e o carbono que participa da dupla ligação com o oxigénio ( \mathrm{C=O}).\n
  • Não há informações extras necessárias (assumimos a conectividade padrão: \mathrm{H_3C\!-\!C(H)=O}).\n

Passo 2

O que é “hibridização” (explicação didática):\n
  • Hibridização é um modelo que mistura orbitais atômicos (por ex. s e p) para formar novos orbitais híbridos que explicam a geometria e os enlaces sigma da molécula.\n
  • Regra prática para determinar a hibridização: conte o número de “regiões de densidade eletrônica” ao redor do átomo (também chamado de número estérico). Cada ligação simples (sigma) conta como uma região; cada ligação dupla conta como uma região para a parte sigma (a porção pi não conta na hibridização); pares isolados (lone pairs) também contam como regiões.\n
  • Mapeamento útil (número estérico → hibridização → geometria):\n
    • 4 \Rightarrow \mathrm{sp^3} (geometria tetraédrica, ângulos ~ 109{,}5^\circ)\n
    • 3 \Rightarrow \mathrm{sp^2} (geometria trigonal plana, ângulos ~ 120^\circ)\n
    • 2 \Rightarrow \mathrm{sp} (geometria linear, ângulos 180^\circ)\n
  • Exemplos rápidos para fixar: \mathrm{CH_4} tem 4 ligações sigma → número estérico 4 \mathrm{sp^3}. \mathrm{H_2C=CH_2} (eteno) cada carbono tem 3 regiões (duas ligações a H e uma ligação sigma ao outro C) → número estérico 3 \mathrm{sp^2}.\n

Passo 3

Identificação e contagem para cada carbono na molécula \mathrm{CH_3CH=O}:\n
  • Denotemos o carbono do grupo metila por C_1 (o ligado a três hidrogênios) e o carbono da carbonila por C_2 (o que faz \mathrm{C=O}).\n
  • Vamos listar exatamente as ligações ao redor de cada carbono (isso é o que precisamos para contar as regiões):\n
    • Para C_1: ligado a três átomos de H (três ligações C–H) e a C_2 (uma ligação C–C). Todas essas são ligações simples (sigma).\n
    • Para C_2: ligado a C_1 (C–C, sigma), a um H (C–H, sigma) e ao O por uma dupla ligação (na dupla, há uma ligação sigma C–O e uma pi C–O; apenas a sigma conta para o número estérico).\n

Passo 4

Determinação para C_1 (carbono do \mathrm{CH_3}):\n
  • Contagem de regiões: três ligações C–H = 3 regiões + uma ligação C–C = 1 região ⇒ total 3+1=4 regiões de densidade eletrônica.\n
  • Pares isolados em carbono neutro geralmente são zero, então não adicionamos mais.\n
  • Pelo mapeamento do passo anterior, número estérico 4 \Rightarrow hibridização \mathrm{sp^3}.\n
  • Intuição geométrica: C_1 terá geometria aproximadamente tetraédrica e os quatro orbitais híbridos \mathrm{sp^3} formam as quatro ligações sigma (três C–H e uma C–C).\n

Passo 5

Determinação para C_2 (carbono da carbonila, ligado à \mathrm{O} por dupla ligação):\n
  • Contagem de regiões: ligação C–C (sigma) = 1, ligação C–H (sigma) = 1, e a dupla C=O contribui com 1 região para a parte sigma = 1. Total 1+1+1=3 regiões de densidade eletrônica.\n- Não há pares isolados no núcleo de carbono neutro, então número estérico =3.\n- Pelo mapeamento, número estérico 3 \Rightarrow hibridização \mathrm{sp^2}.\n- Explicação da dupla ligação: a porção sigma da dupla C=O é formada por um orbital híbrido ( \mathrm{sp^2}) do carbono sobrepondo-se ao orbital do oxigénio; a porção pi vem do orbital p não hibridizado do carbono que se sobrepõe ao p do oxigénio. Portanto, sobra um orbital p puro no carbono para formar a pi.\n- Geometria esperada para C_2: trigonal planar (ângulos ao redor de C_2 120^\circ).\n

Passo 6

Observação adicional (útil para entender o contexto, breve):\n
  • Se quiser saber também do oxigénio na carbonila: ele tem duas pares não ligantes e uma ligação sigma na dupla, totalizando 3 regiões → \mathrm{sp^2} no oxigénio da carbonila (isso explica a planaridade da carbonila). Mas a pergunta pedia apenas os carbonos, então isso é só contexto.\n
  • Resumo mental: conte regiões (sigma + lone pairs) → compare com o mapeamento para achar \mathrm{sp}, \mathrm{sp^2} ou \mathrm{sp^3}.\n

Resposta

Carbono do \mathrm{CH_3} (metila): \mathrm{sp^3}\n
Carbono da carbonila ( \mathrm{C=O}): \mathrm{sp^2}

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