Em certas condições a molécula de metileno, \mathrm{CH}_{2}, pode ser detectada. Descreva a ligação nesta molécula. Utilize o conceito de hibridização de orbitais para justificar a formação das ligações químicas nesta molécula.

Passo 1

O enunciado pede para descrever as ligações na molécula de metileno \mathrm{CH}_{2} usando hibridização de orbitais. O conteúdo aplicado é a teoria de hibridização de orbitais atômicos para explicar como o carbono se liga aos dois átomos de hidrogênio e onde ficam os elétrons não ligantes.

Passo 2

Primeiro identificamos o carbono isolado: ele tem configuração eletrônica de valência 2s^{2}2p^{2}, ou seja, quatro elétrons no nível de valência. Na molécula de metileno livre (carbeno) o estado fundamental é o triplete, no qual há dois elétrons não emparelhados.

Passo 3

Para formar duas ligações \sigma com os dois hidrogênios e acomodar os dois elétrons não emparelhados, o carbono sofre hibridização sp. Isso gera dois orbitais híbridos sp (cada um contendo um elétron) e deixa dois orbitais 2p puros, cada um com um elétron.
Cada orbital híbrido sp do carbono se sobrepõe ao orbital 1s de um átomo de hidrogênio, formando duas ligações \mathrm{C–H} do tipo \sigma. Os dois orbitais 2p não hibridizados permanecem perpendicularmente ortogonais ao eixo das ligações \mathrm{C–H} e carregam cada um um elétron não emparelhado, conferindo ao carbeno o estado triplete.

Passo 4

Em condições especiais, pode existir o estado singlete do carbeno, em que o carbono faz hibridização sp^{2}: três orbitais sp^{2} são usados (dois para ligar aos H e um para abrigar um par de elétrons) e sobra um orbital 2p vazio. Mas o estado fundamental detectado experimentalmente é o triplete sp, pois é energeticamente mais estável.

Resposta

Na molécula de metileno \mathrm{CH}_{2} no estado triplete, o átomo de carbono sofre hibridização sp, formando dois orbitais híbridos sp que se ligam via sobreposição aos orbitais 1s de dois hidrogênios, originando duas ligações \sigma. Os dois orbitais 2p puros restantes abrigam cada um um elétron não emparelhado, resultando no carbeno triplete.

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