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).
y, - - -
h) \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}

Passo 1

O enunciado pede, para a molécula \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+:
  • estado de hibridização do átomo central;
  • os ângulos de ligação em torno do átomo central;
  • a geometria da molécula (ou geometria molecular).
Informações importantes fornecidas / óbvias da fórmula:
  • Átomo central: oxigênio ( \mathrm{O}).
  • Há três ligações O–H e a molécula tem carga positiva ( +).
  • Não há figura a analisar, apenas a fórmula está dada.

Passo 2

Contagem dos elétrons de valência (passo essencial para VSEPR / hibridização). Vou somar os elétrons de valência dos átomos e considerar a carga positiva:
  • Oxigênio: 6 elétrons de valência ( 6).
  • Três hidrogênios: cada 1 elétron, total 3.
  • Carga +\!1 significa que faltou 1 elétron no total (subtrai-se 1).
Logo o total de elétrons de valência para a espécie é
6 + 3 - 1 = 8
Esses 8 elétrons correspondem a 4 pares de elétrons ao redor do oxigênio.

Passo 3

Distribuição desses 4 pares em pares ligantes e não ligantes:
  • 3 ligações O–H (cada ligação usa um par de elétrons). Portanto 3 pares ligantes.
  • Restam 4-3=1 par não ligante (lone pair) sobre o oxigênio.
Resumo em termos de “domínios eletrônicos” (cada ligação simples conta como um domínio, cada par isolado conta como um domínio):
\text{domínios eletrônicos} = 3\\ \text{(ligantes)} + 1\\ \text{(lone pair)} = 4.íô

Passo 4

Mapeamento domínio → hibridização (regra prática que se usa em química orgânica/inorgânica básica):
  • 2 domínios → hibridização \mathrm{sp}.
  • 3 domínios → hibridização \mathrm{sp}^2.
  • 4 domínios → hibridização \mathrm{sp}^3.
Como aqui temos 4 domínios eletrônicos, o átomo central (oxigênio) está hibridizado como
\mathrm{sp}^3.
Explicação didática rápida do que isso significa: hibridização \mathrm{sp}^3 é a mistura de uma orbital s com três orbitais p, formando quatro orbitais híbridos equivalentes orientados em um arranjo tetraédrico que acomodam os quatro pares de elétrons (três pares ligantes e um par não ligante).

Passo 5

Geometria eletrônica vs. geometria molecular:
  • Geometria eletrônica (considera todos os domínios, incluídos lone pairs) para 4 domínios é tetraédrica.
  • Geometria molecular (considera apenas os átomos ligados, desconsiderando explicitamente o par isolado na descrição da forma) aqui é a de três ligantes + um lone pair, que corresponde a uma geometria molecular chamada trigonal piramidal.
Observação de vocabulário: às vezes exercícios pedem “geom. tetraédrica” querendo a geometria eletrônica; outras vezes pedem a geometria molecular (que descreve a forma observável pelos átomos). Para \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+, a forma observável é trigonal piramidal (análogo a \mathrm{NH}_3, que também é trigonal piramidal).

Passo 6

Estimativa e explicação dos ângulos de ligação:
  • A geometria ideal de um arranjo tetraédrico dá ângulos de 109{,}5^\circ entre orbitais (ângulo tetraédrico ideal).
  • A presença de um par isolado (lone pair) aumenta a repulsão em relação às ligações, pois pares não ligantes ocupam mais espaço que pares ligantes. A ordem de repulsão é normalmente: lone pair–lone pair > lone pair–ligante > ligante–ligante.
  • Com um lone pair único (como em \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+ e em \mathrm{NH}_3), os ângulos ligante–ligante ficam um pouco menores que 109{,}5^\circ. Por comparação empírica: \mathrm{NH}_3 tem aproximadamente 107^\circ e \mathrm{H}_2\mathrm{O} (dois lone pairs) tem aproximadamente 104{,}5^\circ.
Portanto, para \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+ espera-se ângulos O–H ligeiramente menores que 109{,}5^\circ. Uma estimativa prática e usada em exercícios é:
\text{ângulos O–H} \approx 107^\circ\\ \text{(ligeiramente menores que }109{,}5^\circ\text{)}.â
(Valor experimental pode variar um pouco dependendo do estado físico/solvente, mas a previsão VSEPR é: ligeiramente menor que 109{,}5^\circ.)

Passo 7

Resumo conceitual final (curto e motivador): a análise com VSEPR + contagem de elétrons leva direto à conclusão — oxigênio com 3 ligações e 1 lone pair → quatro domínios → \mathrm{sp}^3 → geometria eletrônica tetraédrica, geometria molecular trigonal piramidal, ângulos um pouco menores que o tetraédrico ideal.

Resposta

Hibridização do átomo central: \mathrm{sp}^3
Ângulos de ligação (aprox.): \approx 107^\circ (ligeiramente menores que 109{,}5^\circ)
Geometria da molécula: trigonal piramidal (geometria eletrônica: tetraédrica)

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