Dê a hibridização do átomo central de cada uma das espécies a seguir, e diga se o arranjo em torno de sua ligação é linear, trigonal planar ou tetraédrico:
{ }^{\circ} \mathrm{CH}_{3}

Passo 1

O enunciado pede duas coisas sobre a espécie \,^{\circ}\mathrm{CH}_3 (o radical metila):
  • Determinar a hibridização do átomo central (o carbono).
  • Dizer se o arranjo em torno da sua ligação é linear, trigonal planar ou tetraédrico.
Informações dadas (explicitadas):
  • A espécie é \,^{\circ}\mathrm{CH}_3: um carbono ligado a três hidrogênios e que possui um elétron desemparelhado (radical).
  • Não há carga formal explícita (é neutra).

Passo 2

Conceito básico útil (o que vou usar): hibridização é um modo de combinar orbitais atômicos do átomo central para formar orbitais com geometria apropriada às ligações sigma. Para decidir a hibridização do carbono numa molécula simples costuma-se olhar quantas ligações sigma ele forma e se sobra algum par isolado ou elétron desemparelhado que ocupe um orbital diferente.
Explico de maneira passo a passo:
  • Um carbono neutro tem \,4 elétrons de valência na camada \,2 (configuração \,2s^2 2p^2).
  • Para formar ligações covalentes, esses elétrons podem ser reorganizados em orbitais híbridos ( \mathrm{sp}, \mathrm{sp}^2, \mathrm{sp}^3) ou permanecerem em orbitais p.
  • A escolha entre \mathrm{sp}, \mathrm{sp}^2 e \mathrm{sp}^3 depende de quantas regiões de densidade eletrônica (ligações sigma + pares isolados + elétrons desemparelhados que ocupam orbitais localizados) cercam o átomo.

Passo 3

Aplicando isso a \,^{\circ}\mathrm{CH}_3:
  • O carbono faz \,3 ligações C–H (portanto \,3 ligações sigma).
  • Além disso, há \,1 elétron desemparelhado no carbono (radical). Esse elétron pode ocupar um orbital híbrido ou um orbital p não hibridizado — a escolha energética determina a hibridização.
Vou avaliar as opções plausíveis:
  • Se o carbono fosse \mathrm{sp}^3, ele teria \,4 orbitais híbridos \mathrm{sp}^3. Três desses conteriam os pares compartilhados com H (uma ocupação por ligação sigma) e o quarto orbital conteria o elétron desemparelhado; geometricamente isso daria uma estrutura aproximada tetraédrica (piramidal suave) com ângulos próximos a \,109{,}5^\circ.
  • Se o carbono fosse \mathrm{sp}^2, ele teria \,3 orbitais híbridos \mathrm{sp}^2 dispostos no mesmo plano, usados para formar as \,3 ligações C–H. O quarto orbital, um orbital 2p não hibridizado perpendicular ao plano, conteria o elétron desemparelhado. Geometricamente isso dá uma disposição trigonal planar (ângulos \,120^\circ entre as ligações).
  • Se fosse \mathrm{sp} (duas híbridos + dois p), isso não se encaixa bem porque sobrariam apenas \,2 orbitais híbridos úteis para formar sigma com H, mas precisamos de \,3 ligações sigma; portanto \mathrm{sp} é improvável.

Passo 4

Argumento energético e químico (por que \mathrm{sp}^2 é preferível):
  • Colocar o elétron desemparelhado num orbital p puro evita que ele fique em um orbital híbrido fortemente enlazado, o que geralmente é energeticamente favorável para radicais simples (o orbital p é menos diluído entre direções e permite boa estabilização por ressonância quando aplicável).
  • Além disso, a formação de três ligações equivalentes C–H é bem servida por três orbitais híbridos idênticos, que são \mathrm{sp}^2 no caso de geometria trigonal plana.
  • Portanto, o modelo de ligação mais econômico e consistente para \,^{\circ}\mathrm{CH}_3 é: três orbitais \mathrm{sp}^2 formando \,3 ligações sigma C–H, e um orbital 2p perpendicular contendo o elétron desemparelhado.

Passo 5

Consequência geométrica:
  • Três orbitais \mathrm{sp}^2 preferencialmente se orientam no mesmo plano, espaçados por \,120^\circ, para minimizar repulsões (arranjo trigonal planar).
  • O orbital 2p com o elétron desemparelhado fica perpendicular a esse plano.
  • Logo o arranjo em torno do carbono em \,^{\circ}\mathrm{CH}_3 é trigonal planar (plano trigonal), não tetraédrico nem linear.

Passo 6

Resumo comparativo (para “colar” na prova):
  • \mathrm{sp}^3 → tetraédrico, \,4 ligações/pares (não é o caso aqui).
  • \mathrm{sp}^2 → trigonal planar, \,3 ligações sigma + possível orbital p com elétron desemparelhado (é o caso de \,^{\circ}\mathrm{CH}_3).
  • \mathrm{sp} → linear, não aplicável aqui.
Dica prática rápida: quando o carbono tem \,3 ligações e um elétron desemparelhado (radical), pense primeiro em \mathrm{sp}^2 com o radical no p perpendicular — isso costuma ser a resposta esperada.

Resposta

Hibridização do carbono: \mathrm{sp}^2
Arranjo em torno da ligação: trigonal planar

Exercícios relacionados