(1,2) As aminas, iminas e nitrilas são compostos orgânicos nitrogenados que desempenham papéis importantes em diversas aplicações industriais, farmacêuticas e sintéticas. Em cada uma destas classes (aminas, iminas e nitrilas) o átomo de nitrogênio presente no grupo funcional possui uma hibridação diferente. Considerando estes fatos, qual das afirmações abaixo é a ÚNICA VERDADEIRA?
a) Aminas alifáticas e iminas possuem átomos de nitrogênio com hibridação
.
b) Iminas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação
, respectivamente.
c) Aminas alifáticas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação
e
, respectivamente.
d) Aminas alifáticas, iminas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação
e
, respectivamente.
a) Aminas alifáticas e iminas possuem átomos de nitrogênio com hibridação
b) Iminas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação
c) Aminas alifáticas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação
d) Aminas alifáticas, iminas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação
Passo 1
O enunciado pede que eu escolha a ÚNICA afirmação verdadeira entre quatro alternativas sobre a hibridação do átomo de nitrogênio em aminas, iminas e nitrilas. Informações relevantes do enunciado e as alternativas (copiadas exatamente) são:
- Classes envolvidas: aminas, iminas e nitrilas.
- Afirma-se que o nitrogênio em cada grupo funcional tem hibridações diferentes.
As alternativas são:
a) Aminas alifáticas e iminas possuem átomos de nitrogênio com hibridação.
b) Iminas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridaçãoe , respectivamente.
c) Aminas alifáticas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridaçãoe , respectivamente.
d) Aminas alifáticas, iminas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridaçãoe , respectivamente.
Passo 2
Vou explicar o conceito de hibridação de forma simples e prática, porque é a chave para resolver a questão. Hibridação é um modelo que mistura orbitais atômicos (s e p) para formar novos orbitais híbridos usados nas ligações covalentes. Uma maneira prática de determinar a hibridação do átomo central (aqui o nitrogênio) é contar o número de “domínios eletrônicos” (ligações sigma ou pares de elétrons não ligantes) ao redor dele:
- Se um átomo tem 2 domínios eletrônicos → hibridação
(geometria linear). - Se tem 3 domínios eletrônicos → hibridação
(geometria trigonal plana). - Se tem 4 domínios eletrônicos → hibridação
(geometria aproximadamente tetraédrica).
Explicando “domínio eletrônico”: cada ligação simples contribui com 1 domínio (a ligação sigma), uma ligação dupla conta como 1 domínio (pois é 1 sigma + 1 pi, mas só o sigma conta para a hibridação), uma tripla também conta como 1 domínio (1 sigma + 2 pi), e cada par isolado (lone pair) conta como 1 domínio.
Passo 3
Analisando aminas alifáticas (ex.: a amina primária genérica
ou amônia
como exemplo):
- Estrutura típica: o nitrogênio forma três ligações sigma (duas com hidrogênios ou grupos alquila e uma com um radical orgânico, no caso de aminas primárias/secundárias) e tem 1 par de elétrons não ligante (lone pair).
- Contagem de domínios: 3 ligações sigma
1 lone pair = 4 domínios eletrônicos. - Pela regra do Passo 2, 4 domínios → hibridação
.
Portanto, em aminas alifáticas o nitrogênio costuma ser(geometria aproximadamente tetraédrica, ângulo ~ , exceto por deformações pelo lone pair).
Passo 4
Analisando iminas (grupo funcional com ligação dupla C=N, exemplo genérico
ou uma imina simples
):
- No grupo C=N, o nitrogênio forma uma ligação sigma com o carbono e participa da ligação pi da dupla ligação; além disso o nitrogênio geralmente tem 1 par não ligante.
- Contagem de domínios: a dupla ligação conta como 1 domínio (a parte sigma), mais 1 lone pair = 2 domínios? Cuidado: isso parece contraditório — precisamos contar corretamente: ao redor do nitrogênio há (i) a ligação sigma N–C e (ii) o par não ligante; em muitas iminas também há uma ligação adicional a um hidrogênio ou substituinte (por exemplo, em
o nitrogênio tem uma ligação N–H). Assim, para um nitrogênio de imina típico ligado a C por dupla e ligado a mais um substituinte (H ou R’), os domínios são: sigma N–C, sigma N–H (ou N–R’), e 1 lone pair → total 3 domínios eletrônicos. - Pela regra do Passo 2, 3 domínios → hibridação
.
Geometricamente o nitrogênio em iminas tende a ser trigonal planar (plano com o carbono da dupla), com o lone pair ocupando um orbitalhíbrido ou parcialmente não híbrido conforme a descrição, mas no modelo simples fica .
Observação didática rápida: mesmo quando o nitrogênio participa de uma dupla e tem apenas a ligação ao carbono e um lone pair (casos específicos), a contagem de domínios que leva a
ainda se mantém porque a topologia e os orbitais envolvidos exigem um orbital híbrido
para acomodar a sigma e o lone pair, com um orbital p puro participando na pi.
Passo 5
Analisando nitrilas (grupo funcional
, ligação tripla entre C e N):
- Na tripla C≡N, há 1 ligação sigma entre C e N e 2 ligações pi. O nitrogênio também possui 1 par de elétrons não ligantes (lone pair) no estado usual.
- Contagem de domínios: a tripla conta como 1 domínio (a sigma), mais 1 lone pair = 2 domínios eletrônicos ao redor do nitrogênio.
- Pela regra do Passo 2, 2 domínios → hibridação
.
Geometricamente isso dá uma configuração linear ao redor do nitrogênio (ângulo), característica de nitrilas.
Passo 6
Agora que já estabelecemos, de forma didática e com exemplos, as hibridações típicas:
- Aminas alifáticas: nitrogênio
. - Iminas (C=N): nitrogênio
. - Nitrilas (C≡N): nitrogênio
.
Com isso podemos checar as afirmações dadas (sem ainda dar a “resposta final” explicitamente):
- Uma afirmação que dissesse que aminas alifáticas e iminas são ambas
estaria errada, porque vimos que iminas são . - Uma afirmação que atribuísse
a iminas e a nitrilas está de acordo com o que deduzimos. - Uma afirmação que atribuísse
a nitrilas estaria errada, porque nitrilas são . - Uma afirmação que colocasse aminas como
e nitrilas como inverte completamente as hibridações reais e portanto está errada.
Passo 7
Resumo didático final (para você decorar na hora da prova):
- Pense no tipo de ligação do nitrogênio com o carbono:
- Se for C–N simples e nitrogênio com lone pair → geralmente
(amina). - Se for C=N dupla (nitrogênio ligado ao carbono por dupla) →
(imina). - Se for C≡N tripla →
(nitrila).
Uma forma rápida: número de domínios eletrônicos ao redor do nitrogênio = 2 →; = 3 → ; = 4 → .
- Se for C–N simples e nitrogênio com lone pair → geralmente
Resposta
b)