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).
d) { }^{+} \mathrm{CH}_{3}

Passo 1

O que o enunciado pede:
  • Analisar a molécula \mathrm{CH_3}^+ (íon metil) e, para o átomo central (o carbono), descrever:
    1. o estado de hibridização,
    2. os ângulos de ligação,
    3. a geometria molecular (linear, trigonal planar ou tetraédrica).
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
  • A espécie é \mathrm{CH_3}^+: um átomo de carbono ligado a três átomos de hidrogênio e com carga positiva (falta de um elétron no total).

Passo 2

Contagem de elétrons de valência e distribuição em ligações (fundamento básico)
  • Carbono neutro tem 4 elétrons de valência.
  • Cada hidrogênio tem 1 elétron de valência, então três H contribuem com 3.
  • Como a espécie tem carga positiva +, subtrai-se 1 elétron do total.
Façamos a conta (em elétrons):
4 + 3\cdot 1 - 1 = 6.
Explicação didática: esses 6 elétrons vão formar pares de ligação. Cada ligação C–H é uma ligação sigma ( \sigma) que usa um par de elétrons. Três ligações C–H consomem exatamente 3 pares = 6 elétrons. Portanto:
  • Não sobra nenhum par isolado (lone pair) no carbono.
  • O carbono está envolvido em exatamente três ligações sigma e não tem elétrons não compartilhados.
Pequena aula sobre ligações sigma e pares de elétrons:
  • Uma ligação \sigma é formada pelo overlap frontal de orbitais (por ex. orbital híbrido do C com o orbital 1s do H).
  • Cada ligação \sigma usa dois elétrons (um do C juntando com um do H) formando um par ligado.

Passo 3

Determinação do número estérico e hibridização (passo-a-passo conceitual)
  • Definição prática: o número estérico (steric number) do átomo central é o número de regiões de densidade eletrônica ligadas (ligações sigma + pares isolados).
  • Aqui temos: número de ligações sigma = 3; número de pares isolados = 0. Então o número estérico é
3 + 0 = 3.
Regra de hibridização simples:
  • Número estérico = 2 \Rightarrow \mathrm{sp}.
  • Número estérico = 3 \Rightarrow \mathrm{sp^2}.
  • Número estérico = 4 \Rightarrow \mathrm{sp^3}.
Aplicando: número estérico =3 implica que o carbono usa hibridização \mathrm{sp^2}. O que isso quer dizer (aula curta sobre \mathrm{sp^2}):
  • Orbitais híbridos \mathrm{sp^2} surgem da combinação de um orbital s com dois orbitais p, formando três orbitais equivalentes orientados num plano com separação angular de 120^\circ.
  • Sobram 1 orbital p não-hibridizado (não misturado), perpendicular ao plano formado pelos três \mathrm{sp^2}.
  • No caso do \mathrm{CH_3}^+, os três orbitais \mathrm{sp^2} do carbono se sobrepõem com os três orbitais 1s dos hidrogênios para formar três ligações \sigma. O orbital p restante fica vazio (é onde “caberia” um elétron a mais), o que caracteriza o carbocátion.

Passo 4

Geometria e ângulos de ligação (explicação física via VSEPR)
  • Pela teoria VSEPR (repulsão entre regiões de densidade eletrônica), três regiões (as três ligações \sigma) se dispõem de forma a minimizar repulsão: isso gera um arranjo planar com ângulos de aproximadamente 120^\circ entre as ligações.
  • Como não há pares isolados para deformar os ângulos, o arranjo é idealmente trigonal planar.
Interpretação do orbital p vazio (consequências químicas, explicadas de forma leve)
  • O orbital p não-hibridizado, perpendicular ao plano H–C–H, está vazio; é esse vazio que torna \mathrm{CH_3}^+ muito reativo (é um eletrófilo forte).
  • Visualmente: imagine o carbono no centro de um triângulo formado pelos três H (plano), e acima/abaixo desse plano há um orbital p vazio.

Passo 5

Comparações rápidas para fixar a ideia (pequenos exemplos)
  • \mathrm{CH_4} (metano): carbono com quatro ligações sigma → número estérico 4 \mathrm{sp^3} → geometria tetraédrica \approx 109{,}5^\circ.
  • \mathrm{CH_3}^+: três ligações sigma, carga positiva → número estérico 3 \mathrm{sp^2} → trigonal planar 120^\circ.
    Essas comparações ajudam a lembrar: menos regiões eletrônicas → geometria mais “plana”.

Resposta

Hibridização do carbono: \mathrm{sp^2}
Ângulos de ligação do átomo central: \approx 120^\circ
Geometria da molécula: trigonal planar (plana)

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