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
- O que é: é um carbono com carga positiva (perdeu um elétron), ficou com apenas 6 elétrons na sua camada de valência.
- Hibridização: forma 3 ligações e não tem par de elétrons livre → 3 regiões de densidade eletrônica → hibridização sp².
- Estrutura eletrônica: três orbitais sp² ocupados formando ligações σ, e um orbital p vazio.
- Geometria: trigonal planar, ângulos de aproximadamente 120°.
- Exemplo: o íon metil-carbocátion
ou t-butilo .
Passo 3
Carbânion
- O que é: é um carbono com carga negativa (ganhou um elétron), totalizando 8 elétrons na camada de valência (octeto completo).
- Hibridização: ele forma 3 ligações e tem 1 par de elétrons não ligantes → 4 regiões de densidade → sp³.
- Estrutura eletrônica: quatro orbitais sp³, três ocupados com ligações σ e um com o par livre.
- Geometria: tetraédrica, ângulos de aproximadamente 109,5°.
- Exemplo: íon metilcarbaníon
ou t-butilo .
Passo 4
Radical de carbono
- O que é: carbono neutro com um elétron não pareado (total de 7 elétrons de valência).
- 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).
- Estrutura eletrônica: orbitais sp² formando três ligações σ e orbital p contendo o elétron não pareado.
- Geometria: trigonal planar, ângulos de cerca de 120°.
- Exemplo: radical metil
.
Passo 5
Carbeno
- O que é: carbono neutro com duas ligações e dois elétrons livres.
- 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°).
- Exemplo: carbeno simples
(pode estar em singlete ou triplete).
Resposta
Carbocátion:
, hibridização sp², trigonal planar (120°).
Carbânion: , sp³, tetraédrico (109,5°).
Radical de carbono: , sp², trigonal planar (120°).
Carbeno: , singlete (sp², angular ~105°) ou triplete (sp, linear ~180°).
Carbânion:
Radical de carbono:
Carbeno: