Explique:
j) Orbitais híbridos;

Passo 1

O enunciado pede para explicar o conceito de orbitais híbridos, tema que faz parte da Teoria do Orbital Molecular e, mais especificamente, da Teoria de Ligação de Valência. Para isso, vamos precisar lembrar brevemente o que são orbitais atômicos puros e por que é útil “misturá-los” (hibridização) para descrever melhor a geometria e a energia das moléculas.

Passo 2

Na Teoria de Ligação de Valência, cada átomo traz seus orbitais atômicos (como \psi_s, \psi_{p_x}, \psi_{p_y}, \psi_{p_z}). Esses orbitais têm formas e energias bem definidas: \psi_s é esférico e com maior densidade junto ao núcleo; \psi_p são bilobados e orientados em eixos ortogonais.
Porém, em muitas moléculas, as direções de ligação não coincidem com esses eixos. Para maximizar o cruzamento (overlap) entre orbitais de átomos vizinhos e obter ângulos de ligação corretos, faz-se a hibridização, isto é, combinam-se linearmente orbitais puros para gerar novos orbitais (híbridos) com geometria e energia intermediárias.

Passo 3

Matematicamente, um orbital híbrido \psi_{\text{híbrido}}í é
\psi_{\text{híbrido}} = c_s\,\psi_s + c_x\,\psi_{p_x} + c_y\,\psi_{p_y} + c_z\,\psi_{p_z},í
onde os coeficientes c_i são escolhidos para dar o número correto de orbitais degenerados com a simetria desejada. Os casos mais comuns são:
1. sp: mistura de um \psi_s com um \psi_{p}, gerando dois orbitais híbridos colineares 180^\circ; exemplo em acetileno.
2. sp ^2: mistura de um \psi_s com dois \psi_p, gerando três orbitais num plano trigonal 120^\circ; exemplo em etileno.
3. sp ^3: mistura de um \psi_s com três \psi_p, gerando quatro orbitais tetraédricos \approx109{,}5^\circ; exemplo em metano.
Por exemplo, em sp ^3 temos
\psi_{sp^3}^{(1)} = \tfrac12\bigl(\psi_s + \psi_{p_x} + \psi_{p_y} + \psi_{p_z}\bigr),
e outras três combinações análogas, todas degenera­das em energia e orientadas para os vértices de um tetraedro.

Passo 4

A hibridização explica por que, por exemplo, o carbono em \mathrm{CH_4} forma quatro ligações idênticas: cada ligação usa um orbital sp ^3 com energia intermediária entre \psi_s e \psi_p. Em \mathrm{C_2H_4}, cada carbono é sp ^2, formando três ligações sigma e deixando um orbital \psi_p puro para a ligação pi. Em \mathrm{C_2H_2}, cada carbono é sp, formando duas ligações sigma e dois \psi_p puros para duas pi.

Resposta

Orbitais híbridos são combinações lineares de orbitais atômicos puros \psi_s e \psi_p que geram novos orbitais degenerados, com formatos e energias intermediárias, orientados de modo a maximizar o overlap em ângulos compatíveis com a geometria molecular (por exemplo, 180\circ em sp, 120\circ em sp ^2 e 109,5\circ em sp ^3).

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