Dê o conjunto de orbitais híbridos usados pelos átomos indicados nas seguintes moléculas:
O carbono e o oxigênio no metanol, \mathrm{H}_{3} \mathrm{COH}.

Passo 1

O enunciado pede: “Dê o conjunto de orbitais híbridos usados pelos átomos indicados — o carbono e o oxigênio — no metanol \mathrm{H}_{3}\mathrm{COH}.”\n
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado que vamos usar:\n
  • A molécula é \mathrm{H}_{3}\mathrm{COH} (metanol).\n
  • O carbono da cadeia está ligado a três hidrogênios e ao oxigênio (ou seja, tem quatro ligações simples sigma).\n
  • O oxigênio está ligado ao carbono e a um hidrogênio e possui pares isolados (não ligados). (A informação sobre os pares isolados será essencial para contar as regiões eletrônicas.)

Passo 2

O que significa “hibridização” e como vamos decidir qual híbrido usar.\n
  • Hibridização é o processo conceitual de combinar orbitais atômicos (por exemplo, 2s e 2p) do mesmo átomo para formar novos orbitais híbridos equivalentes (por exemplo, sp^3). Esses híbridos explicam a geometria e a forma das ligações sigma.\n
  • Para decidir a hibridização de um átomo usamos o número de regiões de densidade eletrônica ao redor desse átomo (também chamado de número estérico): cada ligação sigma conta como uma região; cada par isolado (lone pair) conta como uma região.\n
  • Mapeamento comum (número estérico \to hibridização):\n
    • número estérico 2 \Rightarrow sp\n
    • número estérico 3 \Rightarrow sp^{2}\n
    • número estérico 4 \Rightarrow sp^{3}\n
      Expliquei isso porque é o critério prático que usamos em provas: contar regiões e aplicar o mapa acima.

Passo 3

Relembrando as configurações eletrônicas de valência e quais orbitais participam da hibridização.\n
  • Carbono: configuração de valência \,2s^{2}2p^{2}. Os orbitais que podem hibridizar são o 2s e os três 2p ( 2p_x,2p_y,2p_z).\n
  • Oxigênio: configuração de valência \,2s^{2}2p^{4}. Também hibridiza orbitais do nível 2: o 2s e os três 2p.\n
  • Quando dizemos, por exemplo, que um átomo é sp^{3}, isso significa que os orbitais híbridos foram formados pela combinação de um orbital 2s com três orbitais 2p, dando quatro híbridos equivalentes orientados aproximadamente segundo um tetraedro.

Passo 4

Determinar a hibridização do carbono na metanol pelo número estérico.\n
  • O carbono no metanol está ligado a três hidrogênios (três ligações sigma C–H) e ao oxigênio (uma ligação sigma C–O). Isso dá um total de quatro ligações sigma.\n
  • Não há pares isolados no carbono neste caso.\n
  • Portanto o número estérico do carbono é 4. Pelo mapa do passo 2, número estérico 4 \Rightarrow sp^{3}.\n
  • Interpretação prática: o carbono usa uma mistura de 2s + três 2p para formar quatro orbitais \,sp^{3}. Três desses \,sp^{3} formam as ligações C–H e um forma a ligação C–O (sobreposição sigma entre um sp^{3} do C e um orbital do O).

Passo 5

Determinar a hibridização do oxigênio na metanol pelo número estérico.\n
  • O oxigênio está ligado ao carbono por uma ligação sigma C–O e a um hidrogênio por uma ligação sigma O–H. Isso são duas ligações sigma.\n
  • Além disso, o oxigênio tem dois pares isolados (dois lone pairs) na sua camada de valência — informação padrão para um oxigênio com dupla carga formal zero e duas ligações simples.\n
  • Contagem do número estérico: 2 ligações sigma + 2 pares isolados = 4 regiões de densidade eletrônica.\n
  • Pelo mapa do passo 2, número estérico 4 \Rightarrow sp^{3}.\n
  • Interpretação prática: o oxigênio combina seu 2s e três 2p para formar quatro híbridos \,sp^{3}. Dois desses híbridos contêm os pares isolados; os outros dois formam as ligações sigma O–H e O–C.

Passo 6

Observações finais que ajudam a entender a geometria e a aplicação na prova.\n
  • Tanto o carbono quanto o oxigênio no metanol são \,sp^{3}. Isso explica a geometria ao redor de cada átomo: orientações aproximadamente tetraédricas das quatro regiões eletrônicas.\n
  • Nota sobre ângulos: por causa da repulsão dos pares isolados, os ângulos de ligação envolvendo o oxigênio tendem a ser um pouco menores que o ângulo tetraédrico ideal \,109{,}5^\circ — isto é esperado e é motivo pelo qual, por exemplo, o ângulo H–O–C é menor que o ângulo H–C–H típico na parte do carbono.

Resposta

Carbono: sp^{3}
Oxigênio: sp^{3}

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