Na molécula de cianeto de hidrogênio (HCN), determine a hibridização dos átomos de carbono e nitrogênio. Descreva o tipo de ligações presentes na molécula, incluindo ligações sigma e pi. Calcule as cargas formais de cada átomo e explique como a estrutura linear de HCN é estabilizada.
Passo 1
Beleza, vamos resolver o exercício sobre a molécula de cianeto de hidrogênio (HCN). A gente precisa descobrir como os átomos de carbono e nitrogênio estão hibridados, identificar os tipos de ligações que eles têm (ligações sigma e pi), calcular as cargas formais de cada átomo e entender por que a estrutura do HCN é linear e estável. Para isso, vamos usar conceitos de teoria da hibridação, tipos de ligações químicas e cálculo de cargas formais.
Passo 2
Primeiro, vamos determinar a hibridização dos átomos de carbono e nitrogênio na molécula de HCN. A hibridização nos ajuda a entender a geometria e as ligações de uma molécula.
Para descobrir a hibridização, contamos o número de regiões de elétrons ao redor de cada átomo (ligações e pares isolados).
No C (carbono):
- Ligações: 3 (uma com H e duas com N)
- Pares isolados: 0
Total de regiões de elétrons = 3 → hibridização sp²
No N (nitrogênio):
- Ligações: 2 (dupla ligação com C)
- Pares isolados: 1
Total de regiões de elétrons = 3 → hibridização sp²
Passo 3
Agora, vamos identificar os tipos de ligações na molécula. As ligações sigma (σ) são ligações simples formadas pelo sobreposição frontal dos orbitais. Ligação pi (π) são ligações adicionais formadas pela sobreposição lateral dos orbitais.
Na molécula de HCN:
- Entre H e C: uma ligação sigma (σ)
- Entre C e N: uma ligação sigma (σ) e uma ligação pi (π)
Passo 4
Vamos calcular as cargas formais de cada átomo. A carga formal é a diferença entre o número de elétrons que um átomo possui na estrutura isolada e no estado ligado.
A fórmula para carga formal é:
Onde:
- $ V $ = número de elétrons de valência
- $ L $ = elétrons ligados (em ligações)
- $ S $ = elétrons não ligados (pares isolados)
Para o Hidrogênio (H):
- $ V = 1 $
- Está ligado ao C com 2 elétrons (1 ligação)
- $ Carga Formal = 1 - (0 + \frac{2}{2}) = 0 $
Para o Carbono ©:
- $ V = 4 $
- Ligações: 3 (H, N)
- Não tem pares isolados
- $ Carga Formal = 4 - (6 + 0) = 0 $
Para o Nitrogênio (N):
- $ V = 5 $
- Ligações: 3 (dupla com C)
- Pares isolados: 1 (2 elétrons)
- $ Carga Formal = 5 - (4 + \frac{2}{2}) = 0 $
Passo 5
Por último, vamos entender por que a estrutura linear de HCN é estável. A hibridização sp² dos átomos de carbono e nitrogênio permite que as ligações sejam distribuídas de forma simétrica em um ângulo de 180°, resultando em uma geometria linear. Além disso, todas as cargas formais são zero, o que contribui para a estabilidade da molécula.
Resposta
Os átomos de carbono e nitrogênio na molécula de HCN estão hibridados sp². A molécula possui ligações sigma entre H e C, e entre C e N, além de uma ligação pi entre C e N. As cargas formais de H, C e N são todas iguais a zero. A estrutura linear de HCN é estabilizada pela hibridização sp², que permite a distribuição simétrica das ligações e a ausência de cargas formais, conferindo estabilidade à molécula.