Defina carbocátion, indicando também sua estrutura e geometria. Repita para carbânion, radical de carbono e carbeno.

Passo 1

Então, o enunciado pede pra gente definir quatro espécies de carbono: carbocátion, carbânion, radical de carbono e carbeno. O assunto é química orgânica, mais especificamente intermediários reativos. Para resolver, vamos precisar dos conceitos de hibridização (sp, sp², sp³), contagem de elétrons de valência e como isso determina a geometria molecular (ângulos de ligação e forma).

Passo 2

Carbocátion
  1. O que é: é um carbono com carga positiva (perdeu um elétron), ficou com apenas 6 elétrons na sua camada de valência.
  2. Hibridização: forma 3 ligações e não tem par de elétrons livre → 3 regiões de densidade eletrônica → hibridização sp².
  3. Estrutura eletrônica: três orbitais sp² ocupados formando ligações σ, e um orbital p vazio.
  4. Geometria: trigonal planar, ângulos de aproximadamente 120°.
  5. Exemplo: o íon metil-carbocátion CH3^+ ou t-butilo (CH3)3C^+.

Passo 3

Carbânion
  1. O que é: é um carbono com carga negativa (ganhou um elétron), totalizando 8 elétrons na camada de valência (octeto completo).
  2. Hibridização: ele forma 3 ligações e tem 1 par de elétrons não ligantes → 4 regiões de densidade → sp³.
  3. Estrutura eletrônica: quatro orbitais sp³, três ocupados com ligações σ e um com o par livre.
  4. Geometria: tetraédrica, ângulos de aproximadamente 109,5°.
  5. Exemplo: íon metilcarbaníon CH3^- ou t-butilo (CH3)3C^-.

Passo 4

Radical de carbono
  1. O que é: carbono neutro com um elétron não pareado (total de 7 elétrons de valência).
  2. Hibridização: geralmente faz 3 ligações e sobra um elétron isolado → 3 ligações + 1 elétron solitário → sp² (3 orbitais sp² para ligar e 1 orbital p com o elétron).
  3. Estrutura eletrônica: orbitais sp² formando três ligações σ e orbital p contendo o elétron não pareado.
  4. Geometria: trigonal planar, ângulos de cerca de 120°.
  5. Exemplo: radical metil CH3!cdot.

Passo 5

Carbeno
  1. O que é: carbono neutro com duas ligações e dois elétrons livres.
  2. Estados:
    • Singlete: os 2 elétrons emparelham num mesmo orbital sp² → 2 orbitais sp² em ligações, 1 orbital sp² com o par e 1 p vazio → geometria angular (bent) ~105°.
    • Triplete: cada elétron em orbitais diferentes (p e sp) → geralmente hibridização sp → 2 orbitais sp em ligações e 2 orbitais p com um elétron cada → geometria linear ou quase linear (~180°).
  3. Exemplo: carbeno simples :CH2 (pode estar em singlete ou triplete).

Resposta

Carbocátion: R3C^+, hibridização sp², trigonal planar (120°).
Carbânion: R3C^-, sp³, tetraédrico (109,5°).
Radical de carbono: R3C!cdot, sp², trigonal planar (120°).
Carbeno: :R2C:, singlete (sp², angular ~105°) ou triplete (sp, linear ~180°).

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