No metano todas as ligações C-H têm a mesma energia, além da molécula ser completamente apolar. Justifique com base na teoria do estado hibridizado.
Passo 1
O enunciado diz que em
todas as ligações C–H têm a mesma energia e que a molécula é completamente apolar. O conteúdo aqui é a teoria de hibridização de orbitais para explicar por que as quatro ligações são idênticas e por que os dipolos se cancelam, tornando a molécula apolar.
Passo 2
Começamos com o átomo de carbono no estado fundamental, cuja configuração eletrônica é
Nesse estado há apenas dois elétrons desemparelhados, portanto só poderiam formar duas ligações simples. Para formar quatro ligações C–H, o carbono promove um elétron do orbital
para um orbital
, ficando com
ou seja, quatro elétrons desemparelhados prontos para se ligar a quatro átomos de hidrogênio.
Passo 3
Com esses quatro elétrons desemparelhados nos orbitais
e
, o carbono hibridiza um orbital
com os três orbitais
. O resultado são quatro orbitais híbridos iguais denominados
. Cada orbital
tem
- 25 % caráter
e - 75 % caráter
,
e todos têm a mesma energia e forma.
Passo 4
Cada um desses quatro orbitais
se sobrepõe com o orbital
de um átomo de hidrogênio, formando quatro ligações sigma
C–H equivalentes. Como todos os orbitais
são energeticamente idênticos e têm a mesma orientação relativa, as quatro ligações C–H têm a mesma energia.
Passo 5
A disposição espacial desses quatro orbitais
é tetraédrica, com ângulos de
entre eles. Em cada ligação C–H há um pequeno dipolo do carbono para o hidrogênio, mas, pela simetria tetraédrica, os quatro dipolos vetoriais se cancelam mutuamente. Portanto, a molécula de metano é apolar.
Resposta
A hibridização
do carbono gera quatro orbitais equivalentes, levando a quatro ligações C–H idênticas em energia. A geometria tetraédrica simétrica faz com que os dipolos dessas ligações se anulem, resultando em uma molécula completamente apolar.