(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 s p^{3}.
b) Iminas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação s p^{2} e s p, respectivamente.
c) Aminas alifáticas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação s p^{3} e s p^{2}, respectivamente.
d) Aminas alifáticas, iminas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação s p, s p^{2} e s p^{3}, respectivamente.

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 s p^{3}.
    b) Iminas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação s p^{2} e s p, respectivamente.
    c) Aminas alifáticas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação s p^{3} e s p^{2}, respectivamente.
    d) Aminas alifáticas, iminas e nitrilas possuem átomos de nitrogênio com hibridação s p, s p^{2} e s p^{3}, 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 s p (geometria linear).
  • Se tem 3 domínios eletrônicos → hibridação s p^{2} (geometria trigonal plana).
  • Se tem 4 domínios eletrônicos → hibridação s p^{3} (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 \mathrm{RNH_{2}} ou amônia \mathrm{NH_{3}} 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 s p^{3}.
    Portanto, em aminas alifáticas o nitrogênio costuma ser s p^{3} (geometria aproximadamente tetraédrica, ângulo ~ 109{,}5^\circ, exceto por deformações pelo lone pair).

Passo 4

Analisando iminas (grupo funcional com ligação dupla C=N, exemplo genérico \mathrm{R_{2}C=NR'} ou uma imina simples \mathrm{RCH=NH}):
  • 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 \mathrm{RCH=NH} 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 s p^{2}.
    Geometricamente o nitrogênio em iminas tende a ser trigonal planar (plano com o carbono da dupla), com o lone pair ocupando um orbital p híbrido ou parcialmente não híbrido conforme a descrição, mas no modelo simples fica s p^{2}.
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 s p^{2} ainda se mantém porque a topologia e os orbitais envolvidos exigem um orbital híbrido s p^{2} para acomodar a sigma e o lone pair, com um orbital p puro participando na pi.

Passo 5

Analisando nitrilas (grupo funcional \mathrm{R–C\equiv N}, 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 s p.
    Geometricamente isso dá uma configuração linear ao redor do nitrogênio (ângulo 180^\circ), característica de nitrilas.

Passo 6

Agora que já estabelecemos, de forma didática e com exemplos, as hibridações típicas:
  • Aminas alifáticas: nitrogênio s p^{3}.
  • Iminas (C=N): nitrogênio s p^{2}.
  • Nitrilas (C≡N): nitrogênio s p.
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 s p^{3} estaria errada, porque vimos que iminas são s p^{2}.
  • Uma afirmação que atribuísse s p^{2} a iminas e s p a nitrilas está de acordo com o que deduzimos.
  • Uma afirmação que atribuísse s p^{2} a nitrilas estaria errada, porque nitrilas são s p.
  • Uma afirmação que colocasse aminas como s p e nitrilas como s p^{3} 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 s p^{3} (amina).
    • Se for C=N dupla (nitrogênio ligado ao carbono por dupla) → s p^{2} (imina).
    • Se for C≡N tripla → s p (nitrila).
      Uma forma rápida: número de domínios eletrônicos ao redor do nitrogênio = 2 → s p; = 3 → s p^{2}; = 4 → s p^{3}.

Resposta

b)

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