1. Analise sucessivamente cada molécula descrevendo o estado de hibridização do átomo central, os ângulos de ligação do átomo central e a geometria da molécula (linear, trigonal planar ou tetraédrica).
b) HCN

Passo 1

O enunciado pede, para a molécula dada (HCN), que eu identifique, de forma sucessiva:
  • o estado de hibridização do átomo central;
  • os ângulos de ligação ao redor do átomo central;
  • a geometria da molécula (linear, trigonal planar ou tetraédrica).
Informações relevantes fornecidas implicitamente pelo enunciado:
  • A molécula é \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{N} (fórmula HCN).
  • Não há outras informações extras; preciso estabelecer a estrutura eletrônica (Lewis) para decidir qual é o átomo central e contar domínios eletrônicos ao redor dele.

Passo 2

Construção da estrutura de Lewis (passo a passo, bem mastigado).
  • Contagem de elétrons de valência: \mathrm{H} tem 1 elétron, \mathrm{C} tem 4 elétrons, \mathrm{N} tem 5 elétrons. Total de elétrons de valência: 1+4+5=10.
  • A regra prática para moléculas com hidrogênio é que \mathrm{H} fica sempre terminal. Então a provável conectividade é \mathrm{H}-\mathrm{C}-\mathrm{N}.
  • Preenchendo as ligações simples entre átomos consome 2 elétrons por ligação. Com conectividade \mathrm{H}-\mathrm{C}-\mathrm{N} há duas ligações básicas (H–C e C–N) consumindo 4 elétrons; restam 6 elétrons para completar octetos/lone pairs.
  • Para obedecer ao octeto do carbono e do nitrogênio e gastar os 6 elétrons restantes, a estrutura que funciona é uma ligação tripla entre C e N: \mathrm{H}-\mathrm{C}\equiv\mathrm{N}, com um par isolado em \mathrm{N}.
  • Verificação rápida: contas de elétrons na estrutura \mathrm{H}-\mathrm{C}\equiv\mathrm{N}: ligações (H–C = 2 e C≡N = 6) totalizam 8 elétrons usados em ligações; mais o par isolado em \mathrm{N} (2 elétrons) dá 10 elétrons. Carbono tem 2 ligações sigma (uma com H e uma com N) — isso satisfaz seu octeto usando também as ligações \pi para completar.
Portanto a estrutura de Lewis (que eu peguei por raciocínio acima) é \mathrm{H}-\mathrm{C}\equiv\mathrm{N}: com um par livre em \mathrm{N}.

Passo 3

Determinar qual é o átomo central e contar os domínios eletrônicos em torno dele.
  • O átomo central é o carbono, porque o hidrogênio só pode fazer uma ligação e normalmente fica na extremidade; a conectividade natural é \mathrm{H}-\mathrm{C}-\mathrm{N}.
  • Agora conto os domínios eletrônicos (ou regiões de densidade eletrônica) ao redor do átomo central ( \mathrm{C}).
    • Uma ligação simples \mathrm{C}-\mathrm{H} conta como 1 domínio.
    • Uma ligação tripla \mathrm{C}\equiv\mathrm{N} também conta como 1 domínio (porque todos os três pares ligados entre C e N ocupam a mesma região direcional; para VSEPR uma ligação múltipla conta como um único domínio).
  • Logo, o carbono tem exatamente 2 domínios eletrônicos ao seu redor: (1) o domínio ligação com \mathrm{H} e (2) o domínio ligação tripla com \mathrm{N}.

Passo 4

Relembrando o conceito de híbrido e como relacionar domínios com hibridização (aula curta e prática).
  • Regra prática simples: o número de orbitais híbridos em um átomo central iguala o número de domínios eletrônicos ao redor dele.
    • 2 domínios \Rightarrow hibridização \mathrm{sp}.
    • 3 domínios \Rightarrow hibridização \mathrm{sp}^2.
    • 4 domínios \Rightarrow hibridização \mathrm{sp}^3.
  • O motivo físico (resumido): o átomo combina orbitais atômicos (por exemplo, s e p) formando novos orbitais híbridos orientados de modo a minimizar repulsões eletrônicas; para 2 domínios os híbridos resultantes são \mathrm{sp}, dispostos em linha (ângulo 180^\circ), e sobraram dois orbitais p puros que podem formar ligações \pi.
Aplicando ao carbono em HCN:
  • Como contei 2 domínios, o carbono está hibridizado \mathrm{sp}.

Passo 5

Explicar como a hibridização \mathrm{sp} dá origem às ligações em HCN (detalhes práticos para entender o que aparece na prova).
  • Hibridização \mathrm{sp} no carbono: ele mistura um orbital 2s com um 2p (por exemplo 2p_x) para formar dois orbitais híbridos \mathrm{sp} linearmente orientados em direções opostas.
  • Esses dois orbitais \mathrm{sp} do carbono formam os dois sinais sigma ( \sigma):
    • Um orbital \mathrm{sp} do C sobrepõe-se com o orbital 1s do \mathrm{H} formando a ligação \sigma(\mathrm{C}-\mathrm{H}).
    • O outro orbital \mathrm{sp} do C sobrepõe-se com um orbital híbrizado (ou sp) do N para formar a ligação \sigma(\mathrm{C}-\mathrm{N}).
  • Os dois orbitais 2p não-hibridizados restantes no carbono (por exemplo 2p_y e 2p_z) se alinham perpendicularmente ao eixo da ligação e formam duas ligações \pi com orbitais p do nitrogênio, resultando na tripla entre C e N (uma \sigma + duas \pi).
  • Observação extra (útil em provas): o nitrogênio em HCN também tem 2 domínios ao redor (a ligação tripla com C conta como 1 e o par isolado conta como 1), portanto o nitrogênio também tende a ser hibridizado \mathrm{sp}. Isso explica a complementaridade orbital C–N na tripla ligação.

Passo 6

Determinar os ângulos de ligação e a geometria molecular com VSEPR (descrição prática).
  • Quando um átomo central tem 2 domínios eletrônicos, a menor repulsão entre essas regiões ocorre colocando-as em posições opostas: isso gera um arranjo linear.
  • Logo o ângulo entre as ligações ao redor do carbono (o ângulo \mathrm{H}-\mathrm{C}-\mathrm{N}) é \;180^\circ.
  • A geometria da molécula em torno do carbono é, portanto, linear.
  • Comentário motivacional: na prova, se ver “2 domínios” já pode escrever imediatamente "sp, linear, 180^\circ" — essa é a saída rápida e segura.

Passo 7

Resumo rápido e exemplo comparativo para fixar (como usar na hora da prova).
  • Resumo para HCN:
    • Átomo central: \mathrm{C}
    • Domínios ao redor de \mathrm{C}: 2
    • Hibridização: \mathrm{sp}
    • Ângulo de ligação principal: \;180^\circ
    • Geometria: linear
  • Exemplo comparativo (para memória): CO _2 também tem C com 2 domínios (duas ligações duplas) → \mathrm{sp}, linear, 180^\circ. Já \mathrm{CH}_4 tem 4 domínios → \mathrm{sp}^3, tetraédrica, 109,5^\circ. Isso ajuda a nunca confundir.

Resposta

Hibridização do átomo central (C): \mathrm{sp}
Ângulo de ligação \mathrm{H}-\mathrm{C}-\mathrm{N}: 180^\circ
Geometria da molécula: linear

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