Indique as hibridações dos átomos representados em destaque nas seguintes espécies:
\mathrm{NCl}_{3}

Passo 1

O que o enunciado pede: indicar a hibridação dos átomos em destaque na espécie \mathrm{NCl}_{3}.
Informações úteis dadas / que vou usar:
  • A espécie é \mathrm{NCl}_{3}.
  • Vou precisar montar a estrutura de Lewis para contar pares de elétrons ligados e não-ligados (pares isolados) em cada átomo, porque a hibridação depende do número de domínios eletrônicos ao redor do átomo central e dos átomos ligados.

Passo 2

Contar os elétrons de valência para construir a estrutura de Lewis (pegando os dados da fórmula \mathrm{NCl}_{3}):
  • Número de elétrons de valência do nitrogênio: \;5.
  • Número de elétrons de valência de cada cloro: \;7.
  • Total de elétrons de valência na molécula:
5 + 3\cdot 7 = 5 + 21 = 26.

Passo 3

Montar a ligação básica: coloca-se o nitrogênio ( \mathrm{N}) como átomo central ligado aos três cloros ( \mathrm{Cl}) por ligações simples. Cada ligação simples usa um par de elétrons (2 elétrons). Elétrons usados nas três ligações:
3\\ \text{ligações} \times 2\\ \text{elétrons/ligação} = 6\\ \text{elétrons}.çõéçãé
Elétrons restantes para distribuir como pares isolados:
26 - 6 = 20\\ \text{elétrons}.é

Passo 4

Distribuir os elétrons restantes como pares isolados primeiro nos átomos mais eletronegativos (os cloros):
  • Cada \mathrm{Cl} precisa de 3 pares isolados (6 elétrons) para completar o octeto: total para os três cloros = 3 \times 6 = 18 elétrons.
  • Após isso sobra:
20 - 18 = 2\\ \text{elétrons},é
que formam 1 par isolado no nitrogênio.
Logo, a estrutura de Lewis tem:
  • Nitrogênio: ligado a três \mathrm{Cl} por ligações simples e possui 1 par isolado.
  • Cada cloro: ligado ao \mathrm{N} e possui 3 pares isolados.

Passo 5

Explicar o conceito de hibridação e como determiná-la (aula rápida):
  • A hibridação do átomo costuma ser determinada pelo número de “domínios eletrônicos” (ou regiões de densidade eletrônica) ao redor do átomo. Um domínio pode ser:
    • uma ligação simples, dupla ou tripla (cada ligação conta como 1 domínio),
    • um par isolado (cada par isolado conta como 1 domínio).
  • Relação entre número de domínios e hibridação comum:
    • 2 domínios \rightarrow \mathrm{sp},
    • 3 domínios \rightarrow \mathrm{sp}^{2},
    • 4 domínios \rightarrow \mathrm{sp}^{3}.
  • Observação didática: não confundir número de elétrons com número de domínios — por exemplo, uma ligação dupla é 2 elétrons mas conta como 1 domínio.

Passo 6

Aplicar a regra ao nitrogênio em \mathrm{NCl}_{3}:
  • Nitrogênio tem 3 ligações simples com \mathrm{Cl} e 1 par isolado.
  • Número de domínios em \mathrm{N}:
3\\ (\text{ligações}) + 1\\ (\text{par isolado}) = 4\\ \text{domínios}.çõí
  • Pelo critério do passo anterior, 4 domínios correspondem à hibridação \mathrm{sp}^{3}.
  • Conclusão: o átomo de nitrogênio em \mathrm{NCl}_{3} está hibridizado como \mathrm{sp}^{3}. Geometricamente isso gera forma trigonal piramidal e ângulo aproximado de ligação próximo de \;107^\circ (um pouco menor que o tetraédrico devido ao par isolado).

Passo 7

Aplicar a regra aos átomos de cloro em \mathrm{NCl}_{3}:
  • Cada cloro está ligado por 1 ligação simples ao nitrogênio e possui 3 pares isolados.
  • Número de domínios em cada \mathrm{Cl}:
1\\ (\text{ligação}) + 3\\ (\text{pares isolados}) = 4\\ \text{domínios}.çãí
  • Pelo mesmo critério, 4 domínios \rightarrow hibridação \mathrm{sp}^{3}.
  • Observação pedagógica: em muitos exercícios a hibridação atribuída aos halogênios ligados por uma única ligação é \mathrm{sp}^{3}, porque têm quatro regiões de densidade eletrônica (1 ligação + 3 pares isolados). Em termos mais avançados, alguns pares isolados podem ter caráter predominantemente p, mas para química geral e para provas a resposta esperada é \mathrm{sp}^{3}.

Passo 8

Resumindo com exemplos comparativos rápidos (para fixar):
  • \mathrm{CH}_4: carbono com 4 ligações simples \Rightarrow 4 domínios \Rightarrow \mathrm{sp}^{3}.
  • \mathrm{BF}_3: boro com 3 ligações simples e nenhum par isolado \Rightarrow 3 domínios \Rightarrow \mathrm{sp}^{2}.
  • \mathrm{BeCl}_2 (linear): berílio com 2 domínios \Rightarrow \mathrm{sp}.

Resposta

\mathrm{N}:\mathrm{sp}^{3}
\mathrm{Cl}:\mathrm{sp}^{3}

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