- 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)
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Analisar a molécula
(íon metil) e, para o átomo central (o carbono), descrever: - o estado de hibridização,
- os ângulos de ligação,
- a geometria molecular (linear, trigonal planar ou tetraédrica).
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
- A espécie é
: 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
elétrons de valência. - Cada hidrogênio tem
elétron de valência, então três H contribuem com . - Como a espécie tem carga positiva
, subtrai-se elétron do total.
Façamos a conta (em elétrons):
Explicação didática: esses
elétrons vão formar pares de ligação. Cada ligação C–H é uma ligação sigma (
) que usa um par de elétrons. Três ligações C–H consomem exatamente
pares
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
é formada pelo overlap frontal de orbitais (por ex. orbital híbrido do C com o orbital do H). - Cada ligação
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 =
; número de pares isolados = . Então o número estérico é
Regra de hibridização simples:
- Número estérico
. - Número estérico
. - Número estérico
.
Aplicando: número estérico
implica que o carbono usa hibridização
. O que isso quer dizer (aula curta sobre
):
- Orbitais híbridos
surgem da combinação de um orbital com dois orbitais , formando três orbitais equivalentes orientados num plano com separação angular de . - Sobram
orbital não-hibridizado (não misturado), perpendicular ao plano formado pelos três . - No caso do
, os três orbitais do carbono se sobrepõem com os três orbitais dos hidrogênios para formar três ligações . O orbital 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
) se dispõem de forma a minimizar repulsão: isso gera um arranjo planar com ângulos de aproximadamente entre as ligações. - Como não há pares isolados para deformar os ângulos, o arranjo é idealmente trigonal planar.
Interpretação do orbital
vazio (consequências químicas, explicadas de forma leve)
- O orbital
não-hibridizado, perpendicular ao plano H–C–H, está vazio; é esse vazio que torna 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
vazio.
Passo 5
Comparações rápidas para fixar a ideia (pequenos exemplos)
-
(metano): carbono com quatro ligações sigma → número estérico → → geometria tetraédrica . -
: três ligações sigma, carga positiva → número estérico → → trigonal planar .
Essas comparações ajudam a lembrar: menos regiões eletrônicas → geometria mais “plana”.
Resposta
Hibridização do carbono:
Ângulos de ligação do átomo central:
Geometria da molécula: trigonal planar (plana)
Ângulos de ligação do átomo central:
Geometria da molécula: trigonal planar (plana)