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:
Passo 1
O enunciado pede duas coisas sobre a espécie
(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
: 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
elétrons de valência na camada (configuração ). - Para formar ligações covalentes, esses elétrons podem ser reorganizados em orbitais híbridos (
, , ) ou permanecerem em orbitais . - A escolha entre
, e 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
:
- O carbono faz
ligações C–H (portanto ligações sigma). - Além disso, há
elétron desemparelhado no carbono (radical). Esse elétron pode ocupar um orbital híbrido ou um orbital não hibridizado — a escolha energética determina a hibridização.
Vou avaliar as opções plausíveis:
- Se o carbono fosse
, ele teria orbitais híbridos . 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 . - Se o carbono fosse
, ele teria orbitais híbridos dispostos no mesmo plano, usados para formar as ligações C–H. O quarto orbital, um orbital não hibridizado perpendicular ao plano, conteria o elétron desemparelhado. Geometricamente isso dá uma disposição trigonal planar (ângulos entre as ligações). - Se fosse
(duas híbridos + dois ), isso não se encaixa bem porque sobrariam apenas orbitais híbridos úteis para formar sigma com H, mas precisamos de ligações sigma; portanto é improvável.
Passo 4
Argumento energético e químico (por que
é preferível):
- Colocar o elétron desemparelhado num orbital
puro evita que ele fique em um orbital híbrido fortemente enlazado, o que geralmente é energeticamente favorável para radicais simples (o orbital 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
no caso de geometria trigonal plana. - Portanto, o modelo de ligação mais econômico e consistente para
é: três orbitais formando ligações sigma C–H, e um orbital perpendicular contendo o elétron desemparelhado.
Passo 5
Consequência geométrica:
- Três orbitais
preferencialmente se orientam no mesmo plano, espaçados por , para minimizar repulsões (arranjo trigonal planar). - O orbital
com o elétron desemparelhado fica perpendicular a esse plano. - Logo o arranjo em torno do carbono em
é trigonal planar (plano trigonal), não tetraédrico nem linear.
Passo 6
Resumo comparativo (para “colar” na prova):
-
→ tetraédrico, ligações/pares (não é o caso aqui). -
→ trigonal planar, ligações sigma + possível orbital com elétron desemparelhado (é o caso de ). -
→ linear, não aplicável aqui.
Dica prática rápida: quando o carbono tem
ligações e um elétron desemparelhado (radical), pense primeiro em
com o radical no
perpendicular — isso costuma ser a resposta esperada.
Resposta
Hibridização do carbono:
Arranjo em torno da ligação: trigonal planar
Arranjo em torno da ligação: trigonal planar