Dê a hibridação do átomo em vermelho negrito das seguintes moléculas:
(b) \mathrm{ClO}_{3}{ }^{-}

Passo 1

O que o enunciado pede: determinar a hibridação do átomo em vermelho negrito da molécula \mathrm{ClO}_3^{-}. Vou assumir (sem pedir mais informação) que o átomo em destaque é o átomo central, isto é, o cloro em \mathrm{ClO}_3^{-}.
Informações relevantes dadas/assumidas:
  • A espécie é o íon \mathrm{ClO}_3^{-}.
  • Há um átomo de cloro central ligado a três átomos de oxigênio.
  • A carga total do íon é -1.

Passo 2

Contagem dos elétrons de valência (isso é necessário para desenhar a estrutura de Lewis):
  • Elétrons de valência do cloro: \mathrm{Cl} tem \,7 elétrons.
  • Elétrons de valência dos três oxigênios: 3\times 6 = 18 elétrons.
  • Carga -1 adiciona 1 elétron extra.
Total de elétrons de valência:
7 + 18 + 1 = 26.

Passo 3

Esqueleto da molécula e distribuição inicial de pares de elétrons:
  • Coloca-se \mathrm{Cl} no centro ligado por ligações simples aos três \mathrm{O}.
  • Cada ligação simples usa 2 elétrons, então 3 ligações usam 6 elétrons.
  • Restam 26-6=20 elétrons para distribuir como pares isolados.
  • Preenche-se os octetos dos três oxigênios primeiro: cada oxigênio ligado por única ligação precisa de 6 elétrons não-ligantes para completar o octeto, então usamos 3\times 6 = 18 elétrons.
  • Sobram 20-18=2 elétrons, que vão como um par isolado no cloro.
Assim obtemos uma estrutura de Lewis com:
  • Três ligações \mathrm{Cl}-\mathrm{O} (cada uma uma região de ligação),
  • Um par isolado no cloro (um domínio eletrônico no cloro).

Passo 4

Contagem dos domínios eletrônicos ao redor do átomo central (regra para hibridação/VSEPR):
  • Definição importante: cada ligação simples, ligação dupla ou tripla conta como um único domínio eletrônico e cada par isolado conta como um domínio.
  • Aqui temos \,3 domínios de ligação (os três \mathrm{Cl}-\mathrm{O}) e \,1 domínio de par isolado no cloro. Total de domínios ao redor do cloro:
3 + 1 = 4.
  • Para \,4 domínios eletrônicos a geometria eletrônica correspondente é tetraédrica e a hibridação usada é \mathrm{sp}^3.
Observação: algumas estruturas de ressonância colocam uma ligação dupla \mathrm{Cl}= \mathrm{O} em cada estrutura canônica (as três estruturas de ressonância), mas uma ligação dupla ainda conta como um único domínio eletrônico. Logo a contagem de domínios (e assim a hibridação) não muda: continua sendo \,4 domínios → \mathrm{sp}^3.

Passo 5

Explicação adicional didática sobre formalismos que aparecem na prova (resumo prático):
  • Formal charge e ressonância (por que aparece uma ligação dupla em algumas estruturas): a melhor representação de Lewis minimiza cargas formais. Em \mathrm{ClO}_3^{-} as estruturas de ressonância típicas mostram um \mathrm{Cl} com um par isolado, e em cada estrutura uma das ligações \mathrm{Cl}-\mathrm{O} é dupla e as outras duas são simples (as cargas negativas ficam nas duas ôxigenos com ligação simples). Numa das estruturas canônicas o cloro fica com carga formal +1 e os oxigênios simples com -1 (duas vezes), somando a carga total -1.
  • Mesmo com ressonância (dupla móvel entre os três oxigênios), o número de regiões de densidade eletrônica ao redor do cloro permanece \,4 (três ligações ao total, contando duplas como uma região cada, mais um par isolado), portanto a hibridação não muda.

Passo 6

O que significa dizer que o cloro é \mathrm{sp}^3?
  • Hibridação \mathrm{sp}^3 significa que uma combinação linear de um orbital s com três orbitais p forma quatro orbitais híbridos equivalentes ( \mathrm{sp}^3).
  • Esses quatro orbitais híbridos acomodam os três pares de ligação \mathrm{Cl}-\mathrm{O} (cada ligação usa um híbrido) e o par isolado no cloro ocupa um dos híbridos.
  • Consequência geométrica: geometria eletrônica tetraédrica; geometria molecular (considerando o par isolado) tende a ser trigonal piramidal (semelhante ao \mathrm{NH}_3).

Resposta

\mathrm{sp}^3

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