Indique as hibridizações dos carbonos nas moléculas de \mathrm{CHCH}, \mathrm{CH}_{2}=\mathrm{CH}_{2}, \mathrm{H}_{2} \mathrm{C}=\mathrm{O}, \mathrm{CH}_{4}.

Passo 1

O enunciado pede para identificar a hibridização dos carbonos nas seguintes moléculas:
\mathrm{CHCH}, \mathrm{CH}_{2}=\mathrm{CH}_{2}, \mathrm{H}_{2}\mathrm{C}=\mathrm{O}, \mathrm{CH}_{4}.
Informações dadas (explicitadas):
  • As fórmulas moleculares listadas representam as ligações carbono-hidrogênio e carbono-carbono conforme escritas.
  • A tarefa é indicar a hibridização dos átomos de carbono em cada molécula (quando houver mais de um carbono, indicar a hibridização de cada carbono).
  • Não há imagens adicionais fornecidas.

Passo 2

O que é hibridização (explicação didática e simples):
  • Hibridização é um modelo da teoria do enlace de valência que mistura orbitais atômicos puros (como s e p) do átomo para formar novos orbitais híbridos com geometria e número apropriados para formar ligações sigma.
  • Para deduzir a hibridização de um átomo de carbono usa-se o número estérico (\emph{steric number}), que é:
\text{número estérico} = (\text{número de ligações }\sigma\\ \text{no átomo}) + (\text{número de pares não ligantes no átomo}).úéúçõáúãá
  • Mapeamento padrão:
    • número estérico 2 \Rightarrow hibridização \mathrm{sp} (geometria linear, ângulo 180^\circ),
    • número estérico 3 \Rightarrow hibridização \mathrm{sp}^{2} (geometria trigonal plana, ângulo \approx120^\circ),
    • número estérico 4 \Rightarrow hibridização \mathrm{sp}^{3} (geometria tetraédrica, ângulo \approx109{,}5^\circ).
  • Observação prática: cada ligação simples (single) contribui com 1 ligação \sigma; cada ligação dupla tem 1 \sigma e 1 \pi (apenas a \sigma conta para o número estérico); cada ligação tripla tem 1 \sigma e 2 \pi.

Passo 3

Como contar ligações \sigma na prática (exemplo rápido):
  • Se um carbono está ligado a três átomos por três ligações simples, ele tem 3 \sigma e, se não possuir pares isolados, número estérico =3\Rightarrow\mathrm{sp}^{2}.
  • Se um carbono participa de uma ligação tripla com outro carbono e uma ligação simples com um hidrogênio, ele tem 2 \sigma (uma C–H e uma C–C) → número estérico =2\Rightarrow\mathrm{sp}.

Passo 4

Análise de \mathrm{CHCH}.
Interpretação: aqui a escrita \mathrm{CHCH} corresponde à molécula acetileno/etino com fórmula estrutural \mathrm{HC}\equiv\mathrm{CH} (cada carbono ligado a um H e ao outro C por uma tripla). Para cada carbono:
  • ligações presentes: uma ligação C–H (simples) e uma ligação C–C (tripla).
  • contagem de \sigma: a C–H é 1 \sigma, a C–C tripla tem 1 \sigma (os outros dois são \pi e não contam aqui). Logo cada carbono tem 1+1=2 \sigma.
  • pares não ligantes no carbono: 0.
  • número estérico =2+0=2, portanto hibridização de cada carbono é \mathrm{sp}.
    Explicação física curta: em \mathrm{sp} o carbono usa dois orbitais híbridos lineares para formar duas ligações \sigma (uma para H e uma para o outro C); os dois orbitais p não hibridizados ficam perpendiculares e formam as duas ligações \pi da tripla.

Passo 5

Análise de \mathrm{CH}_{2}=\mathrm{CH}_{2}.
Interpretação: é o eteno/etileno, com cada carbono ligado a dois H e ao outro carbono por uma dupla. Para cada carbono:
  • ligações presentes: duas ligações C–H (simples) e uma ligação C–C (dupla).
  • contagem de \sigma: cada C–H contribui com 1 \sigma (total 2) e a C–C dupla tem 1 \sigma, logo 2+1=3 \sigma.
  • pares não ligantes no carbono: 0.
  • número estérico =3, portanto hibridização \mathrm{sp}^{2}.
    Explicação física curta: em \mathrm{sp}^{2} o carbono forma três orbitais híbridos em um plano (ângulos \approx120^\circ) para as três ligações \sigma; o orbital p restante forma o \pi da dupla.

Passo 6

Análise de \mathrm{H}_{2}\mathrm{C}=\mathrm{O}.
Interpretação: é o formaldeído (ou metanal), com o carbono ligado a dois H e a um O por dupla. Para o átomo de carbono:
  • ligações presentes: duas C–H simples e uma C–O dupla.
  • contagem de \sigma: duas C–H dão 2 \sigma e a C–O dupla contém 1 \sigma, total 2+1=3 \sigma.
  • pares não ligantes no carbono: 0.
  • número estérico =3, logo hibridização do carbono é \mathrm{sp}^{2}.
    Observação: o oxigênio tem pares não ligantes e geralmente é também \mathrm{sp}^{2} no formaldeído, mas a pergunta solicitou a hibridização dos carbonos.

Passo 7

Análise de \mathrm{CH}_{4}.
Interpretação: metano, com o carbono ligado a quatro hidrogênios por ligações simples. Para o carbono:
  • ligações presentes: quatro C–H (simples).
  • contagem de \sigma: cada uma é 1, total 4.
  • pares não ligantes no carbono: 0.
  • número estérico =4, portanto hibridização \mathrm{sp}^{3}.
    Explicação física curta: em \mathrm{sp}^{3} o carbono forma quatro orbitais híbridos em forma tetraédrica; ângulo entre ligações \approx109{,}5^\circ.

Passo 8

Resumo do método para usar na prova (passo-a-passo rápido que dá para decorar):
  1. Para cada carbono, conte as ligações \sigma às quais ele participa (cada ligação simples = 1 \sigma; em dupla ou tripla conte apenas 1 \sigma para aquela ligação).
  2. Some os pares de elétrons não ligantes naquele carbono (em muitos casos de hidrocarbonetos e compostos simples, é 0).
  3. O número estérico = (sigma) + (pares não ligantes). Use o mapeamento 2\to\mathrm{sp}, 3\to\mathrm{sp}^{2}, 4\to\mathrm{sp}^{3}.
  4. Interprete geometricamente (linear, planar, tetraédrico) se precisar justificar ângulos.

Resposta

\mathrm{CHCH}:\\ \mathrm{sp}
\mathrm{CH}_{2}=\mathrm{CH}_{2}:\\ \mathrm{sp}^{2}
\mathrm{H}_{2}\mathrm{C}=\mathrm{O}:\\ \mathrm{sp}^{2}
\mathrm{CH}_{4}:\\ \mathrm{sp}^{3}

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