Para cada molécula a seguir, indique a hibridização de cada átomo de carbono e dê os valores aproximados de todos os ângulos dc ligação:
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{C} \equiv \mathrm{CH}

Passo 1

O enunciado pede: para a molécula \mathrm{CH}_{3}\mathrm{C}\equiv\mathrm{CH} indicar a hibridização de cada átomo de carbono e dar os valores aproximadamente de todos os ângulos de ligação.
Informações dadas:
  • A fórmula estrutural é \mathrm{CH}_{3}\!-\!C\equiv C\!-\!H.
  • Existem três átomos de carbono; vou chamá‑los de C_1 (o carbono do grupo \mathrm{CH}_3), C_2 (o carbono central que forma a ligação tripla com C_3) e C_3 (o carbono terminal ligado ao hidrogénio).

Passo 2

Como identificar hibridização: usar o número estérico (steric number), que é o número de ligações sigma ( \sigma) formadas pelo átomo mais o número de pares isolados (em carbono normalmente zero). Regra prática:
  • Se \text{SN}=4 → hibridização \mathrm{sp}^3 (geometria aproximadamente tetraédrica, ângulos ~ 109{,}5^\circ).
  • Se \text{SN}=3 → hibridização \mathrm{sp}^2 (geometria aproximadamente trigonal planar, ângulos ~ 120^\circ).
  • Se \text{SN}=2 → hibridização \mathrm{sp} (geometria linear, ângulos 180^\circ).
Explicação física rápida (para ajudar na prova): hibridação é uma combinação linear de orbitais atômicos que gera orbitais híbridos com certa fração de caráter s e p. Quanto maior o caráter s (por exemplo em \mathrm{sp}, que tem 50\% s), mais próximo do núcleo fica o elétron de ligação e mais “forte/curta” costuma ser a ligação. Em átomos com ligação tripla, parte das ligações são formadas por orbitais p não hibridizados que produzem as \pi-ligações.

Passo 3

Aplicando a regra a cada carbono (contando apenas pares ligantes sigma + pares isolados).
  • Para C_1 (o carbono do \mathrm{CH}_3): liga a três hidrogênios por ligações simples e a C_2 por uma ligação simples. Total de ligações \sigma = 4. Não há pares isolados. Logo \text{SN}=4 \Rightarrow hibridização \mathrm{sp}^3.
  • Para C_2 (o carbono ligado a C_1 e fazendo uma tripla com C_3): na ligação tripla entre C_2 e C_3 há uma ligação \sigma e duas \pi; além disso existe a ligação \sigma simples C_2\!-\!C_1. Assim C_2 forma 2 ligações \sigma (uma com C_1 e outra, axial, com C_3). Não há pares isolados. Logo \text{SN}=2 \Rightarrow hibridização \mathrm{sp}.
  • Para C_3 (o carbono terminal ligado ao \mathrm{H} e a C_2 por tripla): análogo a C_2. Há uma ligação \sigma com C_2 (parte da tripla) e uma ligação \sigma com H → total de 2 ligações \sigma. Logo \text{SN}=2 \Rightarrow hibridização \mathrm{sp}.

Passo 4

Interpretação geométrica das hibridizações (o que pediriam na prova):
  • \mathrm{sp}^3 → geometria tetraédrica: quatro orbitais híbridos dirigidos aos vértices de um tetraedro; ângulos ideais entre pares desses orbitais \approx 109{,}5^\circ.
  • \mathrm{sp} → geometria linear: dois orbitais \mathrm{sp} colineares, ângulo 180^\circ entre as duas direções de ligação; as duas \pi-ligações são formadas por dois pares de orbitais p não hibridizados, perpendiculares entre si (ou seja, os dois conjuntos de sobreposição \pi ocupam planos ortogonais).

Passo 5

Aplicando a geometria à molécula \mathrm{CH}_{3}\mathrm{C}\equiv\mathrm{CH}:
  • Em C_1 ( \mathrm{sp}^3): os ângulos entre quaisquer dois ligantes ligados a C_1 (entre \mathrm{H}\!-\!C_1\!-\!\mathrm{H} e entre \mathrm{H}\!-\!C_1\!-\!C_2) são aproximadamente \,109{,}5^\circ. Assim:
    • \mathrm{H}\!-\!C_1\!-\!\mathrm{H}\approx 109{,}5^\circ.
    • \mathrm{H}\!-\!C_1\!-\!C_2\approx 109{,}5^\circ.
Observação prática (útil na prova): em grupos \mathrm{CH}_3 ligados a átomos com muito caráter s (como um carbono \mathrm{sp}) pode haver pequenas variações (algumas décimas de grau) nos ângulos por efeito de atração eletrônica, mas para provas normalmente se toma o valor ideal \;109{,}5^\circ.
  • Em C_2 ( \mathrm{sp}): a direção dos dois orbitais \mathrm{sp} é linear, portanto o ângulo entre a ligação C_1\!-\!C_2 e a ligação C_2\!-\!C_3 (o eixo da tripla) é \,180^\circ. Ou seja:
    • C_1\!-\!C_2\!-\!C_3 = 180^\circ.
  • Em C_3 ( \mathrm{sp}): igualmente linear, a ligação C_3\!-\!C_2 e C_3\!-\!H estão alinhadas, logo:
    • \mathrm{H}\!-\!C_3\!-\!C_2 = 180^\circ.

Passo 6

Comentário sobre as \pi-ligações (útil para entender orientações espaciais): a tripla C_2\equiv C_3 é composta por uma \sigma (formada pelos orbitais \mathrm{sp}) e duas \pi (formadas por dois pares de orbitais p não hibridizados). Esses dois orbitais p em cada carbono são perpendiculares entre si, portanto os dois conjuntos \pi ocupam planos ortogonais (ângulo 90^\circ entre os planos das duas \pi). Isso não altera os ângulos de ligação \sigma já dados (que são os pedidos normalmente), mas é informação útil se for perguntado sobre orientação das \pi-ligações.

Passo 7

Resumo prático para decorar/usar na prova:
  • Contar ligações \sigma no carbono (mais pares isolados): 4→ \mathrm{sp}^3, 3→ \mathrm{sp}^2, 2→ \mathrm{sp}.
  • Para \mathrm{sp}^3 use \approx 109{,}5^\circ. Para \mathrm{sp} use 180^\circ.
  • Na molécula dada: C_1 é \mathrm{sp}^3; C_2 e C_3 são \mathrm{sp}.

Resposta

C_1 (carbono do \mathrm{CH}_3): hibridização \mathrm{sp}^3. Ângulos aproximadamente \mathrm{H}\!-\!C_1\!-\!\mathrm{H}\approx 109{,}5^\circ e \mathrm{H}\!-\!C_1\!-\!C_2\approx 109{,}5^\circ.
C_2 (carbono central da tripla): hibridização \mathrm{sp}. Ângulo C_1\!-\!C_2\!-\!C_3 = 180^\circ.
C_3 (carbono terminal ligado a H): hibridização \mathrm{sp}. Ângulo \mathrm{H}\!-\!C_3\!-\!C_2 = 180^\circ.

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