Identifique os orbitais híbridos utilizados pelos átomos em negrito nas seguintes moléculas:
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{NNCH}_{3}

Passo 1

O enunciado pede: identificar os orbitais híbridos usados pelos átomos em negrito na molécula \mathrm{CH}_{3}\mathrm{N}=\mathrm{N}\mathrm{CH}_{3}.
Informações relevantes fornecidas:
  • A molécula é \mathrm{CH}_{3}-\mathrm{N}=\mathrm{N}-\mathrm{CH}_{3}.
  • Não foi especificado visualmente quais átomos estão em negrito; para abranger o caso típico, vou determinar a hibridização dos átomos de carbono dos grupos \mathrm{CH}_3 e dos dois átomos de nitrogênio. (Os hidrogênios usam orbital s e não são foco aqui.)

Passo 2

Desenho da conectividade (esquemático) da molécula para ver claramente as ligações:
\mathrm{CH}_{3}-\mathrm{N}=\mathrm{N}-\mathrm{CH}_{3}.
Isto mostra que cada carbono do grupo metila está ligado a três hidrogênios e a um nitrogênio por ligação simples; os dois nitrogênios estão ligados entre si por uma dupla ligação (uma ligação sigma e uma pi) e cada um está ligado por sigma a um carbono.

Passo 3

Regra prática utilizada (explicada de forma simples): para prever a hibridização de um átomo leve (C, N, O, etc.) conta-se o número estérico:
\text{número estérico} = (\text{nº de ligações } \sigma) + (\text{nº de pares isolados}).úéºçõº
Relação número estérico ↔ hibridização usada:
  • número estérico 4 \Rightarrow sp^3;
  • número estérico 3 \Rightarrow sp^2;
  • número estérico 2 \Rightarrow sp.
Vou aplicar essa conta a cada átomo de interesse, explicando por que cada ligação conta como uma ligação \sigma e onde fica o orbital não hibridizado que forma a ligação \pi.

Passo 4

Análise dos carbonos dos grupos \mathrm{CH}_3:
  • Cada carbono do grupo \mathrm{CH}_3 faz três ligações \sigma com três hidrogênios e uma ligação \sigma com o nitrogênio.
  • Portanto o número estérico do carbono é
3\;(\text{C–H}) + 1\;(\text{C–N}) = 4.
  • Pelo quadro acima, número estérico 4 implica hibridização sp^3.
  • Interpretação física simples: o carbono mistura seu orbital 2s com os três 2p para formar quatro orbitais sp^3 equivalentes que formam as quatro ligações \sigma (geometria aproximadamente tetraédrica).

Passo 5

Análise dos nitrogênios na ligação azo \mathrm{N}=\mathrm{N}:
  • Considere um nitrogênio em \mathrm{R}-\mathrm{N}=\mathrm{N}-\mathrm{R}. Cada nitrogênio faz:
    • uma ligação \sigma ao carbono (C–N),
    • uma ligação \sigma ao outro nitrogênio (N–N sigma),
    • participa de uma ligação \pi N=N compartilhada entre os dois nitrogênios,
    • e conserva um par de elétrons não ligante (par isolado).
  • Ao contar apenas ligações \sigma e pares isolados para o número estérico:
\text{nº estérico do N} = 1\;(\text{C–N } \sigma) + 1\;(\text{N–N } \sigma) + 1\;(\text{par isolado}) = 3.ºé
  • Número estérico 3 implica hibridização sp^2.
  • Como consequência, cada nitrogênio usa três orbitais híbridos sp^2 para acomodar o par isolado e as duas ligações \sigma. O orbital p não hibridizado (o 2p restante) em cada nitrogênio fica perpendicular ao plano dos sp^2 e é o que participa da sobreposição lateral formando a ligação \pi da dupla ligação \mathrm{N}=\mathrm{N}.

Passo 6

Verificação conceitual com exemplos simples (para fixar o raciocínio):
  • Em etano ( \mathrm{C}_2\mathrm{H}_6), cada carbono tem 4 ligações \sigma sp^3 (mesmo caso do carbono do \mathrm{CH}_3 aqui).
  • Em eteno ( \mathrm{C}_2\mathrm{H}_4), cada carbono tem 3 domínios ( 2 ligações \sigma a H mais 1 ligação \sigma C–C e um par de elétrons na ligação \pi usa p não-hibridizado) → sp^2.
  • Em etino ( \mathrm{C}_2\mathrm{H}_2), carbonos com duas ligações \sigma sp.

Passo 7

Resumo final do porquê:
  • Carbonos dos grupos \mathrm{CH}_3: quatro ligações \sigma → número estérico 4 → hibridização \;sp^3.
  • Ambos os nitrogênios na dupla \mathrm{N}=\mathrm{N}: dois \sigma + um par isolado → número estérico 3 → hibridização \;sp^2. O orbital p não-hibridizado em cada N forma a ligação \pi entre eles.

Resposta

Carbonos dos grupos \mathrm{CH}_3: sp^3
Ambos os nitrogênios (na ligação \mathrm{N}=\mathrm{N}): sp^2

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