Escreva um esquema para a hibridização e ligação no cátion \mathrm{CH}_{3}{ }^{+}e no ânion \mathrm{CH}_{3}{ }^{-}.

Passo 1

O enunciado pede para descrever a hibridização do átomo de carbono e o modo como se formam as ligações σ no cátion \mathrm{CH}_3^+ e no ânion \mathrm{CH}_3^-. Vamos determinar o número de elétrons de valência no carbono em cada íon, escolher a hibridização compatível com a geometria e indicar como os orbitais híbridos do carbono se sobrepõem aos orbitais 1s dos hidrogênios.

Passo 2

No cátion \mathrm{CH}_3^+ o carbono tem 3 elétrons de valência (um perdeu-se ao formar o cátion).
  • Total de pares de elétrons ligantes: 3 (cada ligação C–H consome 2 elétrons).
  • Não há par isolado no carbono.
  • Para acomodar 3 regiões de densidade eletrônica, o carbono sofre hibridização \mathrm{sp}^2, gerando três orbitais \mathrm{sp}^2 em plano trigonal (ângulos de 120^\circ) e deixando um orbital p puro vazio, perpendicular ao plano.
  • Cada orbital \mathrm{sp}^2 do carbono forma uma ligação σ com o orbital 1s de um átomo de hidrogênio.

Passo 3

No ânion \mathrm{CH}_3^- o carbono tem 5 elétrons de valência (acrescentou-se um elétron extra).
  • Total de regiões de densidade eletrônica: 4 (três ligações C–H mais um par isolado).
  • Para acomodar 4 regiões, o carbono sofre hibridização \mathrm{sp}^3, gerando quatro orbitais \mathrm{sp}^3 em geometria tetraédrica (ângulos de 109{,}5^\circ).
  • Três desses orbitais \mathrm{sp}^3 se sobrepõem aos orbitais 1s dos hidrogênios, formando três ligações σ, e o quarto orbital \mathrm{sp}^3 aloja o par isolado de elétrons.

Resposta

Cátion \mathrm{CH}_3^+:
hibridização \mathrm{sp}^2, geometria trigonal plana, três ligações σ C–H a partir dos orbitais \mathrm{sp}^2 e um orbital p vazio.
Ânion \mathrm{CH}_3^-:
hibridização \mathrm{sp}^3, geometria tetraédrica, três ligações σ C–H a partir de orbitais \mathrm{sp}^3 e um orbital \mathrm{sp}^3 contendo o par isolado.

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