Considere a molécula de \mathrm{CH}_{4}
a) Qual a hibridização do átomo de Carbono? Justifique sua resposta
b) Faça diagramas de caixas mostrando os orbitais de valência do C do estado fundamental até o hibridizado

Passo 1

O enunciado pede a hibridização do átomo de carbono em \mathrm{CH_4} e um diagrama de caixas dos seus orbitais de valência desde o estado fundamental até o estado híbrido. O conteúdo envolvido é configuração eletrônica, promoção de elétrons e teoria de hibridização (mistura de orbitais atômicos para formar orbitais híbridos).

Passo 2

No estado fundamental o carbono tem configuração eletrônica de valência 2s^2\,2p^2. Em diagrama de caixas (cada caixa é um orbital, setas são elétrons com spin\uparrow ou spin\downarrow):
Estado fundamental
2s: [ \uparrow \downarrow]
2p_x: [ \uparrow]
2p_y: [ \uparrow]
2p_z: [ ]

Passo 3

Para formar quatro ligações C–H precisamos de quatro elétrons desemparelhados. Promoção de um elétron do orbital 2s para o orbital 2p_z gera quatro elétrons com spins paralelos em orbitais distintos:
Estado excitado
2s: [ \uparrow]
2p_x: [ \uparrow]
2p_y: [ \uparrow]
2p_z: [ \uparrow]

Passo 4

Na hibridização sp^3 o carbono mistura o orbital 2s com os três orbitais 2p para formar quatro orbitais equivalentes, orientados de modo tetraédrico e cada um contendo um elétron desemparelhado:
Orbitais híbridos sp^3
s p^{3}_1: [ \uparrow]
s p^{3}_2: [ \uparrow]
s p^{3}_3: [ \uparrow]
s p^{3}_4: [ \uparrow]

Resposta

a) O átomo de carbono em \mathrm{CH_4} apresenta hibridização sp^3.
b) Diagramas de caixas dos orbitais de valência do C:
Estado fundamental
2s: [ \uparrow \downarrow]
2p_x: [ \uparrow]
2p_y: [ \uparrow]
2p_z: [ ]
Estado excitado
2s: [ \uparrow]
2p_x: [ \uparrow]
2p_y: [ \uparrow]
2p_z: [ \uparrow]
Estado híbrido sp^3
s p^{3}_1: [ \uparrow]
s p^{3}_2: [ \uparrow]
s p^{3}_3: [ \uparrow]
s p^{3}_4: [ \uparrow]

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