Assinale a opção correta sobre a hibridização dos orbitais em compostos orgânicos:
a) Carbonos com hibridização \mathrm{sp}^{3} formam moléculas planas.
b) Carbonos sp possuem duas ligações \pi e uma \sigma.
c) Carbonos \mathrm{sp}^{2} possuem geometria tetraédrica.
d) A hibridização não interfere na geometria molecular.

Passo 1

O enunciado pede que eu assinale a opção correta entre quatro alternativas sobre hibridização de carbonos. As alternativas são:
a) Carbonos com hibridização \mathrm{sp}^{3} formam moléculas planas.
b) Carbonos \mathrm{sp} possuem duas ligações \pi e uma \sigma.
c) Carbonos \mathrm{sp}^{2} possuem geometria tetraédrica.
d) A hibridização não interfere na geometria molecular.
Informações implícitas que eu tenho: as alternativas tratam de hibridização ( \mathrm{sp}^{3},\mathrm{sp}^{2},\mathrm{sp}) e das consequências sobre número/tipo de ligações ( \sigma,\pi) e geometria (plana, tetraédrica, linear etc.). Vou decidir qual alternativa é correta explicando conceito e dando exemplos.

Passo 2

O que é hibridização (explicação didática):
Hibridização é um modelo que descreve como os orbitais atômicos (o orbital s e os orbitais p) se combinam para formar novos orbitais equivalentes, chamados orbitais híbridos. Esses orbitais híbridos explicam a forma e a orientação das ligações na molécula.
  • Quando dizemos \mathrm{sp}^{3}, significa que um orbital s se mistura com três orbitais p para formar quatro orbitais híbridos equivalentes \mathrm{sp}^{3}.
  • Em \mathrm{sp}^{2}, um s mistura-se com dois p, formando três orbitais \mathrm{sp}^{2} e deixando um orbital p não hibridizado.
  • Em \mathrm{sp}, um s mistura-se com um p, formando dois orbitais \mathrm{sp} e deixando dois orbitais p não hibridizados.
    Essa combinação determina a geometria porque os orbitais híbridos se arranjam de modo a minimizar repulsões (apontam para direções específicas no espaço).

Passo 3

Detalhes sobre \mathrm{sp}^{3} (por que a alternativa a é falsa):
  • Formação: 1 orbital s + 3 orbitais p \to 4 orbitais \mathrm{sp}^{3}.
  • Geometria resultante: os quatro orbitais ficam direcionados para os vértices de um tetraedro, com ângulo aproximado de 109{,}5^\circ entre eles.
  • Exemplo concreto: o carbono em \mathrm{CH}_4 (metano) é \mathrm{sp}^{3} e a molécula é tetraédrica, não plana.
    Portanto, a afirmação “Carbonos com hibridização \mathrm{sp}^{3} formam moléculas planas” é incorreta.

Passo 4

Detalhes sobre \mathrm{sp}^{2} (por que a alternativa c é falsa):
  • Formação: 1 orbital s + 2 orbitais p \to 3 orbitais \mathrm{sp}^{2}, sobra 1 orbital p não hibridizado.
  • Geometria resultante: os três orbitais \mathrm{sp}^{2} ficam no mesmo plano, apontando a 120^\circ (geometria trigonal plana).
  • O orbital p não hibridizado fica perpendicular ao plano e pode formar ligações \pi.
  • Exemplo concreto: em \mathrm{C}_2\mathrm{H}_4 (eteno), cada carbono é \mathrm{sp}^{2}: a ligação dupla C=C tem uma \sigma (entre orbitais \mathrm{sp}^{2}-\mathrm{sp}^{2}) e uma \pi (entre orbitais p-p).
    Logo, dizer que “Carbonos \mathrm{sp}^{2} possuem geometria tetraédrica” é falso — a geometria é trigonal planar.

Passo 5

Detalhes sobre \mathrm{sp} e definição de ligações \sigma e \pi (aqui respondo sobre a alternativa b):
  • Formação: 1 orbital s + 1 orbital p \to 2 orbitais \mathrm{sp}, sobrando 2 orbitais p não hibridizados.
  • Geometria resultante: os dois orbitais \mathrm{sp} ficam em linha oposta, produzindo geometria linear com ângulo 180^\circ. Exemplo: cada carbono em \mathrm{C}_2\mathrm{H}_2 (etino/acetileno) é \mathrm{sp}.
  • Ligações \sigma e \pi:
    • Uma ligação \sigma resulta do solapamento “frontal” (head-on) de orbitais (por exemplo \mathrm{sp}-\mathrm{sp} ou \mathrm{sp}-\mathrm{1s}). \sigma é a ligação que define o eixo entre dois núcleos.
    • Uma ligação \pi resulta do solapamento “lateral” (side-on) de orbitais p não hibridizados, ocorrendo acima e abaixo (ou em planos perpendiculares) ao eixo da ligação.
  • No caso de um triplo enlace C\equiv C entre dois carbonos \mathrm{sp}: a ligação entre os dois carbonos é composta por uma \sigma (formada pelo solapamento frontal dos orbitais \mathrm{sp} de cada carbono) e por duas \pi (formadas pelos dois pares de orbitais p não hibridizados, um par formando uma \pi no plano xz e o outro par formando outra \pi no plano yz).
  • Exemplo concreto: em \mathrm{C}_2\mathrm{H}_2, cada carbono faz uma ligação \sigma com o hidrogênio ( \mathrm{sp}-\mathrm{1s}), uma ligação \sigma com o outro carbono ( \mathrm{sp}-\mathrm{sp}) e ainda há duas ligações \pi entre os carbonos (formadas pelos p não hibridizados). Assim, olhando o enlace carbono‑carbono, ele possui exatamente uma \sigma e duas \pi.
    Portanto, a afirmação "Carbonos \mathrm{sp} possuem duas ligações \pi e uma \sigma" é correta quando se refere ao enlace triplo entre dois carbonos \mathrm{sp} (o enunciado usa essa ideia padrão em química orgânica).

Passo 6

Sobre a alternativa d (por que é falsa):
A hibridização altera a forma e a orientação dos orbitais usados nas ligações, e portanto determina a geometria molecular (tetraédrica para \mathrm{sp}^{3}, trigonal plana para \mathrm{sp}^{2}, linear para \mathrm{sp}). Assim, a afirmação “A hibridização não interfere na geometria molecular” é falsa.

Resposta

b) Carbonos \mathrm{sp} possuem duas ligações \pi e uma \sigma.

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