O gás metano (
) pode ser obtido no espaço sideral pelo choque entre os átomos de hidrogênio liberados pelas estrelas e a grafite presente na poeira cósmica. Sobre as moléculas do metano pode-se afirmar que o tipo de ligação intermolecular e sua geometria são, respectivamente:
a) ligações de hidrogênio e tetraédrica
b) dipolo induzido e trigonal plana
c) covalentes e trigonal plana
d) dipolo induzido e tetraédrica
a) ligações de hidrogênio e tetraédrica
b) dipolo induzido e trigonal plana
c) covalentes e trigonal plana
d) dipolo induzido e tetraédrica
Passo 1
O enunciado nos dá a molécula
(metano) e pergunta qual é, entre as alternativas, o tipo de ligação/interação intermolecular e a geometria da molécula. As alternativas são:
a) ligações de hidrogênio e tetraédrica
b) dipolo induzido e trigonal plana
c) covalentes e trigonal plana
d) dipolo induzido e tetraédrica
a) ligações de hidrogênio e tetraédrica
b) dipolo induzido e trigonal plana
c) covalentes e trigonal plana
d) dipolo induzido e tetraédrica
Informações relevantes fornecidas: a fórmula molecular
.
O que é pedido: identificar (1) o tipo de interação intermolecular predominante da amostra de metano e (2) a geometria molecular do metano.
O que é pedido: identificar (1) o tipo de interação intermolecular predominante da amostra de metano e (2) a geometria molecular do metano.
Passo 2
Como é a estrutura eletrônica e geométrica do metano (sem pular etapas): carbono tem quatro elétrons na camada de valência e forma quatro ligações com hidrogênios. Esses quatro pares ligantes ocupam posições que se repelem mutuamente e se arranjam de forma a minimizar essa repulsão. Isso leva à formação de quatro orbitais equivalentes no carbono — expliquei por partes abaixo.
Breve explicação de híbridação (passo a passo e intuitivo):
- O carbono no estado fundamental tem orbitais 2s e 2p disponíveis. Para formar quatro ligações equivalentes, os orbitais se combinam (misturam) para formar quatro orbitais híbridos chamados
. - Cada orbital
forma uma ligação com o de um hidrogênio. - Quatro pontos em torno de um átomo central distribuídos igualmente no espaço formam uma disposição tetraédrica. O ângulo entre ligações em um tetraedro regular é
.
Portanto, a geometria do metano é tetraédrica. Isso responde a parte (2) da pergunta.
Passo 3
Por que não é trigonal plana?
- Geometria trigonal plana ocorre quando há três pares ligantes espaçados em
no mesmo plano — tipicamente quando o átomo central é (por exemplo ou moléculas com ligação dupla). No metano há quatro ligações simples equivalentes, não três, então não pode ser trigonal plana.
Passo 4
Agora sobre polaridade e forças intermoleculares: pensar primeiro na polaridade das ligações e depois no conjunto da molécula.
Eletronegatividades (valores aproximados):
e
. A diferença
é pequena (aproximadamente
), ou seja, cada ligação C–H é apenas levemente polar. Além disso, por simetria tetraédrica essas pequenas polaridades individuais se cancelam, resultando em uma molécula sem dipolo permanente: o metano é uma molécula apolar.
Tipos de forças intermoleculares possíveis (explicação didática e simples):
- Ligações de hidrogênio: ocorrem quando há H ligado a N, O ou F e interação com pares livres — requisito não satisfeito em
. - Dipolo-dipolo: requer moléculas com dipolo permanente — não é o caso do metano, que é apolar.
- Dipolo induzido / forças de London (também chamadas forças de dispersão): ocorrem em todas as moléculas, mas são a única contribuição significativa quando a molécula é apolar. São causadas por flutuações instantâneas na distribuição eletrônica que induzem dipolos temporários em moléculas vizinhas. Essas forças existem mesmo em gases nobres e em hidrocarbonetos como o metano.
Passo 5
Aplicando ao metano: por ser molecularmente apolar e sem H ligado a N/O/F, as únicas interações intermoleculares relevantes são as forças de dispersão (também chamadas de dipolo induzido). A geometria, como vimos, é tetraédrica.
Comparação rápida (para fixar): água (
) tem ligações de hidrogênio e geometria angular;
NÃO tem ligações de hidrogênio e tem geometria tetraédrica. Isso ajuda a lembrar por contraste.
Resposta
d) dipolo induzido e tetraédrica