Explique as hibridações do carbono e a geometria dos substituintes ao seu redor.
Passo 1
Beleza! O enunciado pede pra explicar as hibridações do carbono e a geometria dos grupos ligados a ele. Isso é Química Orgânica (orbitais e ligação química). Para resolver, a gente vai precisar lembrar da configuração eletrônica do C, do conceito de hibridação (mistura de orbitais atômicos) e de como isso define os ângulos entre as ligações.
Passo 2
Primeiro, configuração eletrônica do carbono no segundo nível:
1s² 2s² 2p²
Isso significa que, antes de qualquer reação, o carbono tem um orbital 2s cheio e dois orbitais 2p com um elétron em cada (vazios num total de 4 posições de ligação só se usássemos os orbitais puros, mas isso não maximiza a sobreposição). Para melhorar a estabilidade e fazer ligações equivalentes, o carbono “mescla” o 2s com alguns 2p, criando orbitais híbridos.
1s² 2s² 2p²
Isso significa que, antes de qualquer reação, o carbono tem um orbital 2s cheio e dois orbitais 2p com um elétron em cada (vazios num total de 4 posições de ligação só se usássemos os orbitais puros, mas isso não maximiza a sobreposição). Para melhorar a estabilidade e fazer ligações equivalentes, o carbono “mescla” o 2s com alguns 2p, criando orbitais híbridos.
Passo 3
Hibridação sp³
- Mistura: 1 orbital 2s + 3 orbitais 2p → 4 orbitais sp³ equivalentes
- Cada orbital sp³ carrega um par de elétrons para formar ligação σ com outro átomo.
- Geometria resultante: tetraédrica, com quatro substituintes igualmente espaçados.
- Ângulo entre ligações: aproximadamente
.
Exemplo: metano (CH₄). Cada H está num vértice do tetraedro.
Passo 4
Hibridação sp²
- Mistura: 1 orbital 2s + 2 orbitais 2p → 3 orbitais sp² equivalentes + sobra 1 orbital 2p puro
- Esses 3 sp² formam ligações σ, e o p puro pode formar ligações π (como em duplas ligações).
- Geometria: trigonal plana, com os três substituintes num mesmo plano.
- Ângulo entre ligações σ:
.
Exemplo: eteno (H₂C=CH₂), cada carbono é sp².
Passo 5
Hibridação sp
- Mistura: 1 orbital 2s + 1 orbital 2p → 2 orbitais sp equivalentes + sobra 2 orbitais 2p puros
- Os 2 orbitais sp fazem ligações σ, e os dois p puros podem formar duas ligações π (como em tripla ligação).
- Geometria: linear, com dois substituintes opostos.
- Ângulo entre ligações:
.
Exemplo: etino (HC≡CH), cada carbono é sp.
Resposta
O carbono pode se hibridar de três formas principais:
• sp³ → 4 ligações σ, geometria tetraédrica, ângulo .
• sp² → 3 ligações σ + 1 orbital p para π, geometria trigonal plana, ângulo .
• sp → 2 ligações σ + 2 orbitais p para π, geometria linear, ângulo .
• sp³ → 4 ligações σ, geometria tetraédrica, ângulo
• sp² → 3 ligações σ + 1 orbital p para π, geometria trigonal plana, ângulo
• sp → 2 ligações σ + 2 orbitais p para π, geometria linear, ângulo