1. A distância de ligação na molécula de \mathrm{H}_{2} foi determinada e é de 0,074 \mathrm{~nm}. e, portanto, é razoável considerar que metade de 0,074 \mathrm{~nm}(=0,037 \mathrm{~nm}) é o raio de um único átomo de hidrogênio. Agora, consideraremos o diamante, que é constituído por átomos de carbono, e cuja distância de ligação é de 0,154 nm . A metade deste valor, 0,077 \mathrm{~nm}, pode ser considerada como sendo o raio atômico do carbono. Considerando, por fim, o composto metano, \mathrm{CH}_{4}, verificamos que, se verdadeiramente. os raios dos átomos de carbono e hidrogênio são fixos e característicos, a distância internuclear de carbono para hidrogênio no metano é dada por 0,037 \mathrm{~nm}+0,077 \mathrm{~nm}=0,114 \mathrm{~nm}. Mas a distância de ligação determinada experimentalmente é de 0,110 \mathrm{~nm}. Explique essa diferença.

Passo 1

O enunciado calcula raios covalentes a partir de distâncias de ligação em duas moléculas: em \mathrm{H}_2 (raio de \mathrm{H}=0,037\,\mathrm{nm}) e em diamante (raio de \mathrm{C}=0,077\,\mathrm{nm}). Com esses valores, faz-se a soma de raios para prever a distância C–H em metano. O conteúdo é o conceito de raio covalente e a aproximação “soma de raios”.

Passo 2

Usando os valores dados, a distância internuclear prevista em \mathrm{CH}_4 é
d_{\mathrm{C–H}}^{\text{prevista}} =0,037\,\mathrm{nm}+0,077\,\mathrm{nm} =0,114\,\mathrm{nm}.

Passo 3

A distância experimental em \mathrm{CH}_4 é
d_{\mathrm{C–H}}^{\text{exp}} =0,110\,\mathrm{nm}.
Logo, há uma diferença
\Delta d =d_{\mathrm{C–H}}^{\text{prevista}}-d_{\mathrm{C–H}}^{\text{exp}} =0,004\,\mathrm{nm} \quad(4\text{ pm}).

Passo 4

Essa discrepância surge porque o raio covalente não é uma constante fixa: ele varia com o tipo de ligação, hibridação do átomo de carbono e polaridade do enlace. Em \mathrm{H}_2, o hidrogênio forma uma ligação não polar que dá certa “tamanho” ao raio. Em \mathrm{CH}_4, a hibridação sp^3 do carbono e o maior overlap orbital contraem ligeiramente a ligação C–H. Por isso, a soma simples de raios superestima cerca de 4 pm.

Resposta

A diferença de 0,004\,\mathrm{nm} ocorre porque os raios covalentes são valores médios que dependem do ambiente químico (hibridação, polaridade e overlap orbital), de modo que a soma simples de raios fornece apenas uma aproximação.

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