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:
{ }^{+} \mathrm{CH}_{3}

Passo 1

O enunciado pede duas coisas sobre a espécie { }^{+}\mathrm{CH}_{3}:
  • a hibridização do átomo central (o carbono);
  • o arranjo geométrico em torno da sua ligação (linear, trigonal planar ou tetraédrico).
Informações dadas e relevantes: a fórmula é { }^{+}\mathrm{CH}_{3} — um carbono ligado a três hidrogênios e com carga positiva.

Passo 2

Montar a estrutura de Lewis e contar elétrons de valência (isso vai nortear a hibridização).
  • Elétrons de valência: carbono tem 4 e cada hidrogênio tem 1. A carga positiva significa que perdemos 1 elétron no total. Então o total é
4 + 3\cdot 1 - 1 = 6 \text{ elétrons de valência.}éê
  • Esses 6 elétrons formam três ligações simples \mathrm{C\!-\!H} (cada ligação usa 2 elétrons), ou seja, três pares ligantes. Não sobra elétron para pares não-ligantes sobre o carbono.
Desenho compacto da estrutura: o carbono ligado a três hidrogênios por três ligações sigma e nenhuma dupla ligação nem pares isolados no carbono. O carbono, portanto, tem três regiões de densidade eletrônica ligantes.
Verificação de carga formal do carbono (para confirmar a representação):
fórmula da carga formal:
\text{carga formal} = \text{valência do átomo} - \text{elétrons não-ligantes} - \tfrac{1}{2}\times\text{elétrons ligantes}.êáéãé
Para o carbono:
\text{carga formal} = 4 - 0 - \tfrac{1}{2}\times 6 = 4 - 3 = +1,
o que coincide com a carga positiva da espécie.

Passo 3

Determinar o número de domínios eletrônicos (steric number) e a hibridização associada.
  • Definição prática: o número de domínios ao redor do átomo central é a soma do número de ligações sigma (cada ligação simples conta como 1) mais o número de pares isolados no átomo.
  • No caso de { }^{+}\mathrm{CH}_{3}: há 3 ligações sigma e 0 pares isolados no carbono, logo o número de domínios é 3.
Regra de associação número de domínios ↔ hibridização (resumo):
  • 2 domínios → \mathrm{sp} (linear).
  • 3 domínios → \mathrm{sp}^2 (trigonal planar).
  • 4 domínios → \mathrm{sp}^3 (tetraédrico).
Como aqui o número de domínios é 3, o carbono está hibridizado como
\mathrm{sp}^2.
Explicação física e intuição: em hibridização \mathrm{sp}^2 o átomo usa três orbitais híbridos equivalentes (os três \mathrm{sp}^2) para formar as três ligações sigma com os H, e conserva um orbital p não hibridizado perpendicular ao plano. No cátion metil esse orbital p fica vazio — por isso a espécie é eletronicamente deficiente e aceita elétrons com facilidade.

Passo 4

Determinar a geometria em torno do carbono.
  • Com três domínios eletrônicos dispostos para minimizar repulsão, os três orbitais \mathrm{sp}^2 ficam no mesmo plano formando ângulos aproximados de 120^\circ entre si. Isso corresponde a um arranjo trigonal planar.
Conclusão física curta: o carbono do { }^{+}\mathrm{CH}_{3} é \mathrm{sp}^2 e o grupo apresenta geometria trigonal planar (com um orbital p vazio perpendicular ao plano).

Resposta

\mathrm{sp}^2
trigonal planar

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