Diga que conjunto de orbitais híbridos participa das ligações do átomo assinalado em cada molécula ou íon seguinte:
\mathrm{HCCl}_{3}

Passo 1

O enunciado pede: dizer qual conjunto de orbitais híbridos participa das ligações do átomo assinalado na molécula \mathrm{HCCl_{3}}.
Informações dadas ou inferíveis diretamente do enunciado:
  • A molécula é \mathrm{HCCl_{3}} (clorofórmio).
  • Há um átomo central de carbono ligado a um hidrogênio e a três cloros (quatro ligações simples ao carbono).
  • Não foi indicado nenhum par de elétrons não ligante no átomo de carbono.

Passo 2

Conceito básico e regra prática que vamos usar: o hibridismo de um átomo na molécula pode ser determinado pelo número de “domínios eletrônicos” ao seu redor, onde um domínio é cada ligação sigma ou cada par isolado (lone pair). Este número é chamado de número estérico (steric number). Regra prática (mapa rápido):
\text{número estérico } = 2 \Rightarrow \mathrm{sp}úé
\text{número estérico } = 3 \Rightarrow \mathrm{sp^2}úé
\text{número estérico } = 4 \Rightarrow \mathrm{sp^3}úé
Explicação do porquê: para formar geometria e orbitais com a direção espacial adequada, o átomo mistura (hibridiza) seus orbitais atômicos (um orbital s com ps) de modo que o número de orbitais híbridos resultantes iguala o número estérico. Por exemplo, para número estérico 4 mistura-se 1 orbital s com 3 orbitais p para formar 4 orbitais \mathrm{sp^3}, orientados tetraedricamente.

Passo 3

Contagem dos domínios eletrônicos no átomo de carbono em \mathrm{HCCl_{3}}:
  • Ligações sigma envolvendo o carbono: há uma ligação \mathrm{C–H} e três ligações \mathrm{C–Cl}. Cada ligação simples contribui com um domínio (um sigma). Logo há 4 domínios de ligação sigma. Em notação TeX:
\text{número de ligações sigma em C} = 4úçõ
  • Pares isolados no carbono: carbono na forma neutra e com quatro ligações simples não tem pares não ligantes, então
\text{número de pares isolados em C} = 0ú
Portanto o número estérico é
\text{número estérico} = 4 + 0 = 4.úé

Passo 4

Aplicando o mapa prático do Passo 2 ao número estérico obtido:
\text{número estérico} = 4 \Rightarrow \text{hibridização } \mathrm{sp^3}.úéçã
Interpretação física: o carbono mistura seu orbital 2s com os três orbitais 2p para gerar quatro orbitais híbridos \mathrm{sp^3}. Esses quatro orbitais \mathrm{sp^3} têm a mesma energia e apontam para os vértices de um tetraedro (ângulos próximos de 109{,}5^\circ), acomodando assim as quatro ligações simples.

Passo 5

Comentário sobre como as ligações específicas são formadas (útil para a prova):
  • A ligação \mathrm{C–H} é formada pelo recobrimento (overlap) entre um orbital \mathrm{sp^3} do carbono e o orbital 1s do hidrogênio.
  • Cada ligação \mathrm{C–Cl} é, em primeira aproximação, formada pelo recobrimento entre um orbital \mathrm{sp^3} do carbono e um orbital p do cloro que contém o elétron de ligação. Os outros pares do cloro ficam como pares não ligantes (lone pairs) essencialmente em orbitais p ou levemente híbridos no cloro, mas isso não altera a hibridização do carbono.

Passo 6

Exemplos contrastantes rápidos para fixar a ideia (úteis na prova):
  • \mathrm{CH_4}: carbono com 4 ligações simples → número estérico 4 \mathrm{sp^3}.
  • \mathrm{C_2H_4} (eteno): cada carbono tem uma dupla ligação (uma sigma + uma pi) e mais duas ligações simples → número estérico 3 \mathrm{sp^2}.
  • \mathrm{C_2H_2} (etino): cada carbono tem uma tripla ligação (uma sigma + duas pi) e uma ligação simples → número estérico 2 \mathrm{sp}.

Resposta

O átomo assinalado (carbono) usa orbitais híbridos \mathrm{sp^3} nas ligações.

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