Dê a hibridização do átomo central de cada uma das espécies a seguir e diga qual sua geometria.
\mathrm{C}\left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{4}

Passo 1

O que o enunciado pede: determinar a hibridização do átomo central e a sua geometria para a espécie \mathrm{C}(\mathrm{CH}_{3})_{4}.
Informações dadas (que eu uso diretamente do enunciado):
  • A espécie é \mathrm{C}(\mathrm{CH}_{3})_{4}.
  • Há um átomo central de carbono ligado a quatro grupos \mathrm{CH}_{3} (quatro ligações carbono–carbono simples).
  • Não há indicações de cargas formais, ligações duplas ou pares isolados extras no átomo central.

Passo 2

O que é hibridização e como a determinamos na prática (a explicação passo a passo tipo “aula prática”):
  • Hibridização é um modelo que explica como os orbitais atômicos (por exemplo, 2s e 2p) se combinam para formar novos orbitais híbridos equivalentes que participam das ligações químicas.
  • Na prática, uma regra simples e muito usada em provas é contar o número de “domínios eletrônicos” ao redor do átomo central. Um domínio eletrônico é:
    • cada ligação simples (cada ligação sigma) conta como um domínio;
    • cada par isolado (lone pair) conta como um domínio.
  • Esse número é chamado de “número estérico” (steric number). A correspondência básica é:
    • número estérico 1 → linear (sem sentido aqui);
    • número estérico 2 → hibridização \mathrm{sp};
    • número estérico 3 → hibridização \mathrm{sp^2};
    • número estérico 4 → hibridização \mathrm{sp^3}.
  • Vou aplicar essa regra ao nosso átomo central.

Passo 3

Contagem dos domínios eletrônicos no carbono central:
  • Pelo enunciado eu vejo que o carbono central está ligado a quatro grupos \mathrm{CH}_{3}. Cada ligação carbono–carbono é uma ligação simples, ou seja, uma ligação sigma.
  • Portanto, o carbono central tem 4 ligações sigma.
  • Não há indicação de pares isolados (lone pairs) no carbono central (carbono em sua forma neutra, ligado por quatro ligações simples, não tem pares isolados).
  • Logo o número estérico é:
\text{número estérico} = 4\\ (\text{quatro ligações sigma}) + 0\\ (\text{pares isolados}) = 4.úéçõ

Passo 4

Determinar a hibridização a partir do número estérico:
  • Pela regra da correspondência, número estérico 4 implica hibridização \mathrm{sp^3}.
  • Física/química por trás (curta e intuitiva): o orbital 2s e os três orbitais 2p do carbono se misturam para formar quatro orbitais híbridos equivalentes \mathrm{sp^3}, cada um com mesma energia e diretividade espacial.

Passo 5

Explicando a geometria (por que fica tetraédrica) com VSEPR de forma simples:
  • O modelo VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) diz que os domínios eletrônicos ao redor do átomo central se acomodam para minimizar a repulsão entre eles.
  • Com 4 domínios, a disposição que maximiza as distâncias entre esses domínios é a geometria tetraédrica.
  • Assim, os quatro orbitais \mathrm{sp^3} apontam para os vértices de um tetraedro, produzindo ângulos de ligação iguais entre si.

Passo 6

Valores numéricos e ligação no caso concreto:
  • O ângulo entre ligações em uma geometria tetraédrica ideal é aproximadamente \(109{,}5^\circ).
  • No nosso caso, cada ligação entre o carbono central e um carbono de um grupo \mathrm{CH}_3 é uma ligação sigma formada pelo solapamento de orbitais \mathrm{sp^3} \mathrm{sp^3} (um \mathrm{sp^3} do carbono central com um \mathrm{sp^3} do carbono do grupo metila).
  • Não há ligações \pi nem pares isolados a considerar no carbono central.

Passo 7

Paralelo útil para memorizar (um exemplo que facilita lembrar na hora da prova):
  • Compare com o metano \mathrm{CH}_4: lá o carbono também forma quatro ligações simples e é \mathrm{sp^3} com geometria tetraédrica. A espécie \mathrm{C}(\mathrm{CH}_3)_4 é análoga, só que os quatro substituintes são grupos \mathrm{CH}_3 em vez de hidrogênios — a hibridização e a geometria do carbono central permanecem as mesmas.

Resposta

Hibridização: \mathrm{sp^3}
Geometria: tetraédrica (ângulos de ligação ≈ \,109{,}5^\circ)

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