Aplicando a teoria de ligação de valência e a teoria de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência, explique e justifique as observações abaixo:
O íon carbonato é planar e possui as três ligações carbono - oxigênio com o mesmo comprimento.

Passo 1

O enunciado quer que a gente use duas teorias – a Teoria da Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência (VSEPR) e a Teoria de Ligação de Valência (com hibridização) – para explicar por que o íon carbonato, CO₃²⁻, é plano e tem três ligações C–O com o mesmo comprimento. Vamos precisar de:
  1. VSEPR para achar a geometria eletrônica ao redor do C;
  2. Hibridização (sp²) para ver como se formam as ligações σ;
  3. Noções de ressonância/delocalização para entender as ligações π e a igualdade de comprimento.

Passo 2

Aplicando VSEPR: o carbono central faz três ligações simples com oxigênios e não tem par de elétrons isolado. Então ele “vê” três regiões de densidade eletrônica. Pela regra da VSEPR, três grupos eletrônicos ao redor do átomo central se dispõem em um plano, com ângulos de 120°, para minimizar repulsão. Isso já nos diz que a geometria é trigonal planar (plana).

Passo 3

Agora entra a hibridização (Teoria de Ligação de Valência):
  • O C começa com orbitais 2s e 2pₓ, 2p_y, 2p_z.
  • Ele mistura o 2s com dois 2p (por exemplo, 2pₓ e 2p_y) e forma três orbitais híbridos sp², que ficam no mesmo plano, apontando a 120° entre si.
  • O orbital 2p_z sobra sem hibridar, ficando perpendicular ao plano.
    Cada orbital sp² do C faz sobreposição σ com um orbital p do O, formando as três ligações σ C–O.

Passo 4

Para explicar a igualdade de comprimento das três ligações:
  1. Teoria de Ligação de Valência prevê que, além das ligações σ, o C e os O têm orbitais p não hibridizados que podem formar ligações π.
  2. Mas existe um sistema de ressonância: o CO₃²⁻ tem três estruturas canônicas, cada uma com uma dupla ligação C=O e duas simples C–O.
  3. As três estruturas se “misturam” (delocalização), gerando um sistema π de três centros e dois elétrons.
  4. Na prática, cada ligação C–O acaba com ordem de ligação igual a
ordem = 1,(dupla) + 2,(simp<=s)3 = 2 + 1 + 13 = tfrac43
Isso faz com que todas as C–O fiquem equivalentes e do mesmo comprimento intermediário entre simples e dupla.

Resposta

O ângulo de 120° dos orbitais sp² e a ausência de pares isolados no C garantem a planaridade do CO₃²⁻. A delocalização π (ressonância entre três estruturas) faz todas as três ligações C–O terem ordem de ligação 4/3 e, portanto, o mesmo comprimento.

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