Dê a estrutura para cada um dos seguintes compostos:
a) metano

Passo 1

O enunciado pede: “Dê a estrutura para cada um dos seguintes compostos: (a) metano”.
Informações dadas: o nome do composto é metano (ou seja, o hidrocarboneto saturado simples com fórmula conhecida). Não há figura adicional nem outras restrições.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência (passo básico para montar a estrutura de Lewis). É importante saber quantos elétrons temos para distribuir em ligações:
  • O átomo de carbono ( \mathrm{C}) tem \;4\; elétrons de valência, pois está no grupo 14 da tabela periódica. Escrevemos isso como \mathrm{C}:4.
  • Cada átomo de hidrogênio ( \mathrm{H}) tem \;1\; elétron de valência. Como há quatro hidrogênios, totalizam 4\times 1 = 4 elétrons.
    Somando:
\text{elétrons totais} = 4 + 4 = 8.é
Esses \;8\; elétrons serão usados para formar ligações.

Passo 3

Regra prática para montar a estrutura de um hidrocarboneto simples: o carbono costuma ficar no centro e os hidrogênios ao redor. Como o carbono tem \;4\; elétrons para compartilhar e cada \mathrm{H} precisa de \;1\; elétron para completar sua “dupla” (o hidrogênio se satisfaz com 2 elétrons), a maneira natural é formar quatro ligações simples C–H, uma para cada hidrogênio. Cada ligação simples usa um par de elétrons (2 elétrons). Com quatro ligações simples usamos 4\times 2 = 8 elétrons, que é exatamente o total que temos.

Passo 4

Escrevendo a estrutura de Lewis (mostrando pares de elétrons nas ligações). Cada traço representa um par de elétrons compartilhado:
\mathrm{H - C - H}
com mais dois hidrogênios ligados “acima” e “abaixo” do carbono. Uma maneira simples de representar todas as quatro ligações é:
\begin{array}{c} \mathrm{H}\\[2pt] \mid\\[2pt] \mathrm{H - C - H}\\[2pt] \mid\\[2pt] \mathrm{H} \end{array}
Isso indica que o carbono está ligado a quatro hidrogênios por ligações simples e não há pares isolados de elétrons no carbono (todos os elétrons estão nas ligações).]

Passo 5

Explicação intuitiva do porquê da forma tridimensional (importante para prova): embora a representação acima seja “plana” no papel, a geometria real minimiza a repulsão entre os quatro pares de elétrons de ligação. Pelo modelo VSEPR (valence shell electron pair repulsion), quatro pares de ligação ao redor de um átomo central assumem a disposição de um tetraedro para ficarem o mais longe possível uns dos outros. Logo, a forma do metano é tetraédrica.

Passo 6

Conceito de hibridização (por que as quatro ligações são equivalentes): o carbono no metano utiliza orbitais híbridos \mathrm{sp^3}. Isso significa que o orbital 2s se mistura com os três orbitais 2p para formar quatro orbitais equivalentes \mathrm{sp^3}, cada um formando uma ligação \sigma com um hidrogênio. Esse é o motivo de todas as quatro ligações C–H serem equivalentes em comprimento e energia.

Passo 7

Valor do ângulo de ligação e características numéricas importantes (útil decorar): na geometria tetraédrica o ângulo entre duas ligações é aproximadamente \;109{,}5^\circ. No metano cada ângulo H–C–H vale \;109{,}5^\circ. Não há elétrons não ligantes no carbono e não há ligações múltiplas neste composto simples.

Passo 8

Dicas práticas para a prova (passos rápidos que você pode seguir ao ver um nome como “metano”):
  1. Identifique elementos e quantidades (aqui: \mathrm{C} e \mathrm{H_4}).
  2. Conte elétrons de valência e faça pares de ligação até satisfazer o hidrogênio (dueto) e o carbono (regra do octeto).
  3. Espalhe as ligações para minimizar repulsões (usar VSEPR: tetraédrica para 4 pares de ligação).
    Seguindo esses passos você chega à mesma estrutura sem erro.

Resposta

\mathrm{CH_4} — carbono central ligado a quatro hidrogênios por ligações simples; geometria tetraédrica; ângulos H–C–H \;109{,}5^\circ.

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