Dada a seguinte fórmula molecular: \mathrm{CH}_{4} \mathrm{O}.
a. Desenhe a estrutura da substância cuja fórmula molecular é \mathrm{CH}_{4} \mathrm{O}.
b. Nomeie a substância desenhada, indicando sua função orgânica.
c. Diga qual a hibridização do carbono e sua geometria.
d. Quantos pares de elétrons não-ligantes está molécula possui?

Passo 1

O enunciado dá a fórmula molecular \mathrm{CH_4O} e pede quatro coisas:
  • (a) desenhar a estrutura da substância cuja fórmula molecular é \mathrm{CH_4O};
  • (b) nomear a substância desenhada e indicar sua função orgânica;
  • (c) dizer a hibridização do carbono e sua geometria;
  • (d) informar quantos pares de elétrons não-ligantes essa molécula possui.
Informações relevantes fornecidas:
  • fórmula molecular: \mathrm{CH_4O} (um átomo de carbono, um de oxigênio e quatro de hidrogênio).
    Nada mais foi dado; vamos usar essas informações para construir a estrutura passo a passo.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência (passo fundamental para desenhar estruturas de Lewis):
  • Carbono: \,4 elétrons de valência.
  • Oxigênio: \,6 elétrons de valência.
  • Hidrogênio: \,1 elétron de valência cada → 4\times1=4.
    Total de elétrons de valência disponíveis:
4 + 6 + 4 = 14\\ \text{elétrons}é
Esses 14 elétrons serão distribuídos em ligações (pares compartilhados) e pares não-ligantes para satisfazer as regras do octeto (onde aplicável) e a estabilidade dos átomos.

Passo 3

Escolha da conectividade (quem liga em quem):
  • Com um único carbono e um único oxigênio, a conectividade plausível é o carbono ligado ao oxigênio e aos hidrogênios: o carbono precisa de 4 ligações (tem 4 elétrons de valência), então faz quatro ligações simples.
  • Como só há um oxigênio, a fórmula estrutural comumente formada é a do álcool metílico: cada hidrogênio ligado ao carbono exceto um que fica ligado ao oxigênio formando grupo hidroxila \mathrm{-OH}. Não há como formar um éter (que necessita de dois carbonos) com essa fórmula. Portanto a estrutura que vamos desenhar é a do metanol.

Passo 4

Montagem da estrutura de Lewis (passo a passo prático para a prova):
  1. Colocar o átomo central plausível: o carbono fica central ligado ao oxigênio e aos demais hidrogênios.
  2. Fazer ligações simples C–H e C–O; cada ligação simples usa 2 elétrons. Temos 4 ligações envolvendo o carbono (3 C–H + 1 C–O) → 4\times2=8 elétrons usados em ligações C. Além disso há a ligação O–H que completa o hidrogênio do grupo hidroxila → mais 2 elétrons. Então ligações totais usadas inicialmente: 5 ligações × 2 elétrons = 10 elétrons.
  3. Restam 14-10=4 elétrons para distribuir como pares não-ligantes; esses vão ao oxigênio para completar seu octeto. O oxigênio, além das duas ligações (C–O e O–H), precisa de mais 4 elétrons (2 pares) como não-ligantes para completar 8 elétrons ao seu redor.
A fórmula estrutural simples (representação) fica:
\mathrm{H_3C{-}O{-}H}
E a estrutura de Lewis indicando pares não-ligantes no oxigênio pode ser representada assim:
\mathrm{H_3C{-}O{:}{:}{-}H}
(onde cada : representa um elétron solitário; portanto há dois pares não-ligantes em \mathrm{O}).

Passo 5

Verificação por cargas formais (para confirmar estabilidade):
A fórmula para carga formal é
\text{FC} = V - (N_{\text{não-lig}} + \tfrac{1}{2}N_{\text{lig}})ã
onde V é elétrons de valência do átomo isolado, N_{\text{não-lig}}ã é número de elétrons não-ligantes no átomo e N_{\text{lig}} é número de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo.
  • Carbono: V=4, N_{\text{não-lig}}=0ã, N_{\text{lig}}=8 (quatro ligações simples → 8 elétrons).
\text{FC}_\mathrm{C} = 4 - (0 + \tfrac{1}{2}\cdot 8) = 4 - 4 = 0.
  • Oxigênio: V=6, N_{\text{não-lig}}=4ã (dois pares), N_{\text{lig}}=4 (duas ligações simples C–O e O–H → 4 elétrons).
\text{FC}_\mathrm{O} = 6 - (4 + \tfrac{1}{2}\cdot 4) = 6 - (4+2) = 0.
Todas as cargas formais são zero → estrutura estática e razoável.

Passo 6

Hibridização do carbono (explicação didática):
  • Regra prática: a hibridização do átomo central pode ser inferida pelo número de “regiões de densidade eletrônica” ao redor dele (cada ligação simples, ligação múltipla e cada par isolado conta como uma região).
  • No carbono da nossa estrutura há quatro ligações simples (3 C–H + 1 C–O) → quatro regiões de densidade eletrônica → hibridização \mathrm{sp^3}.
  • Interpretação: \mathrm{sp^3} significa que um orbital s e três orbitais p do carbono se misturam para formar quatro orbitais híbridos equivalentes, cada um formando uma ligação sigma. Esse arranjo leva à geometria em torno do carbono ser aproximadamente tetraédrica, com ângulos de ligação de cerca de 109{,}5^\circ.

Passo 7

Geometria (resumo prático para a prova):
  • Geometria ao redor do carbono: tetraédrica (por ser \mathrm{sp^3} com quatro ligações sigma).
  • Observação extra (útil para entender a molécula): ao redor do oxigênio a disposição eletrônica é tetraédrica (duas ligações e dois pares isolados), levando a uma forma molecular angular/bent localmente no oxigênio, mas a pergunta pediu especificamente a geometria do carbono, que é tetraédrica.

Passo 8

Contagem final de pares de elétrons não-ligantes na molécula:
  • Apenas o oxigênio possui pares não-ligantes: dois pares (cada par = 2 elétrons).
  • Carbono e hidrogênios não têm pares não-ligantes.
    Portanto a molécula possui no total 2 pares de elétrons não-ligantes (ou seja, 4 elétrons não-ligantes).

Passo 9

Dica rápida para a prova (resumindo o método que usei — faça assim na hora):
  1. Conte elétrons de valência.
  2. Proponha conectividade plausível (átomo menos eletronegativo/mais capaz de fazer várias ligações costuma ficar no centro; hidrogênios são sempre terminais).
  3. Coloque ligações simples, distribua elétrons restantes para completar octetos (comece pelos átomos mais eletronegativos).
  4. Ajuste com ligações múltiplas ou verifique cargas formais se necessário.
  5. Use o número de regiões de densidade eletrônica para achar hibridização e geometria.
Força aí — você dá conta! Agora a resposta direta e curta, como você pediu.

Resposta

a) \mathrm{H_3C{-}O{-}H} (estrutura de Lewis com dois pares não-ligantes no \mathrm{O}).
b) Metanol; função orgânica: álcool (grupo hidroxila \mathrm{-OH}).
c) Carbono: hibridização \mathrm{sp^3}; geometria: tetraédrica.
d) 2 pares de elétrons não-ligantes.

Exercícios relacionados