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).
c) { }^{-} \mathrm{CH}_{3}

Passo 1

O enunciado pede, para a espécie \mathrm{CH}_3^{-}: (1) o estado de hibridização do átomo central (carbono), (2) os ângulos de ligação em torno do átomo central e (3) a geometria da molécula (entre as opções fornecidas: linear, trigonal planar ou tetraédrica). Informação dada: a molécula é \mathrm{CH}_3^{-} (carbono ligado a três hidrogênios e com carga negativa).

Passo 2

Contagem de elétrons de valência (passo essencial para aplicar VSEPR e achar pares ligantes/par de elétrons não-ligantes):
  • Carbono: \,4 elétrons de valência.
  • Três hidrogênios: 3\times1=3 elétrons.
  • Carga negativa -1: adiciona 1 elétron extra.
    Portanto o total de elétrons de valência da espécie é
4 + 3 + 1 = 8.
Cada ligação \mathrm{C\!-\!H} usa um par de elétrons (2 elétrons). Há três ligações \mathrm{C\!-\!H}, consumindo 3\times2=6 elétrons. Logo restam 8-6=2 elétrons, que formam um par isolado (lone pair) sobre o carbono.

Passo 3

Determinar os domínios eletrônicos ao redor do carbono (importante para VSEPR):
  • Três domínios correspondem às três ligações \mathrm{C\!-\!H}.
  • Um domínio corresponde ao par isolado (2 elétrons) no carbono.
    Total de domínios eletrônicos (ou “steric number”) = 3 + 1 = 4.

Passo 4

Hibridização a partir do número de domínios:
  • Quando o número de domínios é 4, o átomo central usa hibridização \mathrm{sp}^3.
    Explicação didática do que isso significa:
  • \mathrm{sp}^3 é formado pela combinação de um orbital s com três orbitais p, gerando quatro orbitais híbridos equivalentes orientados aproximadamente nos vértices de um tetraedro regular.
  • Cada um desses quatro orbitais \mathrm{sp}^3 pode abrigar um par eletrônico: no caso de \mathrm{CH}_3^{-}, três orbitais \mathrm{sp}^3 formam ligações \sigma com os três hidrogênios e o quarto orbital \mathrm{sp}^3 contém o par isolado (lone pair).

Passo 5

Geometria eletrônica e geometria molecular (diferença importante):
  • A geometria dos quatro domínios eletrônicos é tetraédrica (essa é a geometria eletrônica, ou geometria dos pares eletrônicos).
  • A geometria que descreve somente a disposição dos átomos (geometria molecular) com três átomos ligados e um par isolado é trigonal piramidal (não listada entre as três opções fornecidas).
    Observação sobre como o par isolado afeta ângulos:
  • Pares isolados ocupam mais espaço que pares ligantes, então eles repelem os pares ligados e comprimem ligeiramente os ângulos H–C–H em relação ao ângulo tetraédrico ideal.
  • O ângulo tetraédrico ideal é \,109{,}5^\circ. Em \mathrm{CH}_3^{-}, devido ao par isolado, os ângulos \mathrm{H\!-\!C\!-\!H} ficam um pouco menores que 109{,}5^\circ; valores típicos estimados são aproximadamente 107^\circ (ordem de grandeza similar ao de \mathrm{NH}_3, que tem um lone pair).

Passo 6

Resumo prático para anotar na prova (responda exatamente o que pedem):
  • Hibridização: \mathrm{sp}^3.
  • Ângulos de ligação: aproximadamente \,109{,}5^\circ (ideal tetraédrico), mas comprimidos a cerca de \,107^\circ devido ao par isolado.
  • Geometria (entre as opções dadas): a geometria eletrônica é tetraédrica; a geometria molecular real (disposição apenas dos átomos) é trigonal piramidal.

Resposta

Hibridização: \mathrm{sp}^3
Ângulos de ligação: aproximadamente \,109{,}5^\circ (ligeiramente menores, ~ \,107^\circ, por repulsão do par isolado)
Geometria: tetraédrica (geometria eletrônica); geometria molecular: trigonal piramidal

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