Dada a seguinte fórmula molecular:
.
a. Desenhe a estrutura da substância cuja fórmula molecular é
.
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?
a. Desenhe a estrutura da substância cuja fórmula molecular é
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
e pede quatro coisas:
- (a) desenhar a estrutura da substância cuja fórmula molecular é
; - (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:
(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:
elétrons de valência. - Oxigênio:
elétrons de valência. - Hidrogênio:
elétron de valência cada → .
Total de elétrons de valência disponíveis:
Esses
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
. 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):
- Colocar o átomo central plausível: o carbono fica central ligado ao oxigênio e aos demais hidrogênios.
- 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) →
elétrons usados em ligações C. Além disso há a ligação O–H que completa o hidrogênio do grupo hidroxila → mais elétrons. Então ligações totais usadas inicialmente: ligações × elétrons = elétrons. - Restam
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:
E a estrutura de Lewis indicando pares não-ligantes no oxigênio pode ser representada assim:
(onde cada
representa um elétron solitário; portanto há dois pares não-ligantes em
).
Passo 5
Verificação por cargas formais (para confirmar estabilidade):
A fórmula para carga formal é
A fórmula para carga formal é
onde
é elétrons de valência do átomo isolado,
é número de elétrons não-ligantes no átomo e
é número de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo.
- Carbono:
, , (quatro ligações simples → 8 elétrons).
- Oxigênio:
, (dois pares), (duas ligações simples C–O e O–H → 4 elétrons).
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
. - Interpretação:
significa que um orbital e três orbitais 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 .
Passo 7
Geometria (resumo prático para a prova):
- Geometria ao redor do carbono: tetraédrica (por ser
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 totalpares de elétrons não-ligantes (ou seja, elétrons não-ligantes).
Passo 9
Dica rápida para a prova (resumindo o método que usei — faça assim na hora):
- Conte elétrons de valência.
- Proponha conectividade plausível (átomo menos eletronegativo/mais capaz de fazer várias ligações costuma ficar no centro; hidrogênios são sempre terminais).
- Coloque ligações simples, distribua elétrons restantes para completar octetos (comece pelos átomos mais eletronegativos).
- Ajuste com ligações múltiplas ou verifique cargas formais se necessário.
- 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)
(estrutura de Lewis com dois pares não-ligantes no
).
b) Metanol; função orgânica: álcool (grupo hidroxila ).
c) Carbono: hibridização ; geometria: tetraédrica.
d) pares de elétrons não-ligantes.
b) Metanol; função orgânica: álcool (grupo hidroxila
c) Carbono: hibridização
d)