( 3,0 pontos) Para as moléculas abaixo, (a) diga a hibridação e geometria de cada átomo de carbono ( 1,0 ponto), (b) indique o ângulo de ligação de cada átomo de carbono ( 1,0 ponto), e (c) diga quais os orbitais atômicos dos dois átomos (híbridos ou não) estão sendo usados para formar as ligações indicadas pelas setas.
a)
Cl
b)

Passo 1

O enunciado pede, para cada uma das duas moléculas: (a) a hibridação e geometria de cada átomo de carbono, (b) o ângulo de ligação de cada átomo de carbono e (c) quais orbitais atômicos dos dois átomos (híbridos ou não) estão sendo usados para formar as ligações indicadas pelas setas. As informações fornecidas são apenas as duas cadeias em SMILES:
  • a) C#CC(Cl)C=CCCC
  • b) CC=CC#CCC
    Importante: o enunciado menciona ligações “indicadas pelas setas”, porém as setas (que pontuam quais ligações examinar em (c)) não foram enviadas. Sem essa indicação explícita não é possível responder a (c) para ligações “específicas indicadas pelas setas”. Vou, portanto: resolver (a) e (b) detalhadamente para todos os carbonos e, em (c), dar (i) a explicação geral e (ii) aplicar essa explicação às ligações típicas presentes em cada molécula (triple bond, double bond, single C–C, C–Cl). Se você depois mandar quais ligações as setas indicam, eu direi exatamente quais orbitais participam nessas ligações.

Passo 2

Breve aula (útil para a prova) sobre como determinar hibridação, geometria e ângulo:
  • Regra prática: conte as regiões de densidade eletrônica ao redor do átomo de carbono (cada ligação simples, dupla ou tripla conta como uma região — ou seja, cada ligação sigma conta como 1; pares não ligantes também contam).
    • Se o número de regiões = 2 → hibridação \mathrm{sp} → geometria linear → ângulo \approx 180^\circ.
    • Se o número de regiões = 3 → hibridação \mathrm{sp}^2 → geometria trigonal plana → ângulo \approx 120^\circ.
    • Se o número de regiões = 4 → hibridação \mathrm{sp}^3 → geometria tetraédrica → ângulo \approx 109,5^\circ.
  • Observação sobre duplas e triplas: uma ligação dupla tem uma componente sigma (conta 1 região) + uma pi (formada por p não hibridados). Uma tripla tem uma sigma (1 região) + duas pi (duas sobreposições p–p).
  • Como contar na prática: para um carbono conte quantos vizinhos ligados por ligações (independente de simples/dup/trip) + pares livres (geralmente carbono não tem pares livres). Ex.: carbono com ligação tripla a um átomo e ligação simples a outro → 2 regiões → \mathrm{sp}.

Passo 3

Vou numerar os carbonos da esquerda para a direita como C_1 a C_8. A conectividade é:
C_1\equiv C_2 - C_3(Cl) - C_4 = C_5 - C_6 - C_7 - C_8.
Agora determino hibridação e geometria de cada carbono, explicando a contagem.
  • C_1: ligado por tripla a C_2 e tem um hidrogênio terminal. Regiões = 2 (uma ligação tripla conta como 1 região sigma para contagem). Logo hibridação \mathrm{sp}; geometria linear.
  • C_2: ligado por tripla a C_1 e por simples a C_3. Regiões = 2. Logo \mathrm{sp}; geometria linear.
  • C_3: ligado a C_2 (simples), a Cl (simples) e a C_4 (simples) e tem um hidrogênio (implícito). Regiões = 4. Logo \mathrm{sp}^3; geometria tetraédrica.
  • C_4: participa da dupla C_4=C_5, está ligado também a C_3 e a um hidrogênio (implícito). Regiões = 3. Logo \mathrm{sp}^2; geometria trigonal plana.
  • C_5: participa da dupla C_4=C_5, está ligado a C_6 e a um hidrogênio (implícito). Regiões = 3. Logo \mathrm{sp}^2; geometria trigonal plana.
  • C_6: ligado a C_5, C_7 e dois hidrogênios (implícitos) → regiões = 4. Logo \mathrm{sp}^3; geometria tetraédrica.
  • C_7: ligado a C_6, C_8 e dois hidrogênios → regiões = 4. Logo \mathrm{sp}^3; geometria tetraédrica.
  • C_8: terminal metila ligado só a C_7 e três hidrogênios → regiões = 4. Logo \mathrm{sp}^3; geometria tetraédrica.
(Em cada caso eu contei as ligações sigma: tripla = 1 sigma; dupla = 1 sigma; simples = 1 sigma — e somei pares não ligantes, que aqui não existem no carbono.)

Passo 4

Relacionando cada hibridação à aproximação do ângulo ideal:
  • C_1 ( \mathrm{sp}): ângulo aproximado \;180^\circ.
  • C_2 ( \mathrm{sp}): \;180^\circ.
  • C_3 ( \mathrm{sp}^3): \;109,5^\circ.
  • C_4 ( \mathrm{sp}^2): \;120^\circ.
  • C_5 ( \mathrm{sp}^2): \;120^\circ.
  • C_6 ( \mathrm{sp}^3): \;109,5^\circ.
  • C_7 ( \mathrm{sp}^3): \;109,5^\circ.
  • C_8 ( \mathrm{sp}^3): \;109,5^\circ.

Passo 5

Como não me foram indicadas as setas, dou a regra geral e aplico às ligações-tipo presentes em (a):
Regras gerais:
  • A ligação sigma entre dois carbonos híbridos é formada pela sobreposição dos orbitais híbridos correspondentes (por exemplo, \mathrm{sp^3} \mathrm{sp^3}, \mathrm{sp^2} \mathrm{sp^2}, \mathrm{sp} \mathrm{sp^3}, etc.).
  • Uma ligação dupla C=C: sigma proveniente da sobreposição \mathrm{sp^2} \mathrm{sp^2} (ou outra combinação se um carbono tiver diferente hibridação), e a pi é formada pela sobreposição lateral dos orbitais p não hibridizados ( p p).
  • Uma ligação tripla C\equiv C: sigma proveniente da sobreposição \mathrm{sp} \mathrm{sp}; as duas pi são devidas à sobreposição de dois pares de orbitais p não hibridados (duas sobreposições p p, geralmente ortogonais entre si).
  • Para ligação C Cl: o carbono usa seu orbital híbrido (ex.: \mathrm{sp^3} se for sp3) que faz overlap com um orbital principalmente p do cloro (o cloro geralmente contribui com um orbital p que contém o par de elétrons ligado).
Aplicando às ligações-tipo de (a):
  • C_1\equiv C_2 (tripla): sigma = \mathrm{sp}(C_1) \mathrm{sp}(C_2); duas pi = p(C_1) p(C_2) (duas sobreposições perpendiculares).
  • C_2 C_3 (simples entre \mathrm{sp} e \mathrm{sp}^3): sigma = \mathrm{sp}(C_2) \mathrm{sp}^3(C_3).
  • C_3 Cl: sigma = \mathrm{sp}^3(C_3) p(Cl).
  • C_4=C_5 (dupla): sigma = \mathrm{sp}^2(C_4) \mathrm{sp}^2(C_5); pi = p(C_4) p(C_5).
  • Ligações simples na cauda alquílica ( C_5 C_6, C_6 C_7, C_7 C_8): sigma = \mathrm{sp}^2 \mathrm{sp}^3 para C_5 C_6, e \mathrm{sp}^3 \mathrm{sp}^3 para as demais, sempre por sobreposição dos orbitais híbridos respectivos.

Passo 6

Vou numerar da esquerda para a direita C_1 a C_7. Conectividade:
C_1 - C_2 = C_3 - C_4 \equiv C_5 - C_6 - C_7.
Determino hibridação e geometria:
  • C_1: ligado a C_2 e a três hidrogênios → regiões = 4 \mathrm{sp}^3; geometria tetraédrica.
  • C_2: participa da dupla C_2=C_3, ligado também a C_1 e a um hidrogênio → regiões = 3 \mathrm{sp}^2; geometria trigonal plana.
  • C_3: participa da dupla com C_2 e está ligado a C_4 (simples) e a um hidrogênio → regiões = 3 \mathrm{sp}^2; geometria trigonal plana.
  • C_4: ligado a C_3 (simples) e participa da tripla C_4\equiv C_5 → regiões = 2 \mathrm{sp}; geometria linear.
  • C_5: participa da tripla C_4\equiv C_5 e está ligado a C_6 (simples) → regiões = 2 \mathrm{sp}; geometria linear.
  • C_6: ligado a C_5, C_7 e dois hidrogênios → regiões = 4 \mathrm{sp}^3; geometria tetraédrica.
  • C_7: terminal metila ligado a C_6 e três hidrogênios → regiões = 4 \mathrm{sp}^3; geometria tetraédrica.

Passo 7

Associação hibridação → ângulo ideal:
  • C_1 ( \mathrm{sp}^3): \;109,5^\circ.
  • C_2 ( \mathrm{sp}^2): \;120^\circ.
  • C_3 ( \mathrm{sp}^2): \;120^\circ.
  • C_4 ( \mathrm{sp}): \;180^\circ.
  • C_5 ( \mathrm{sp}): \;180^\circ.
  • C_6 ( \mathrm{sp}^3): \;109,5^\circ.
  • C_7 ( \mathrm{sp}^3): \;109,5^\circ.

Passo 8

Novamente, sem as setas específicas, aplico a regra geral às ligações-tipo de (b):
  • C_2=C_3 (dupla): sigma = \mathrm{sp}^2(C_2) \mathrm{sp}^2(C_3); pi = p(C_2) p(C_3).
  • C_4\equiv C_5 (tripla): sigma = \mathrm{sp}(C_4) \mathrm{sp}(C_5); duas pi = duas sobreposições p(C_4) p(C_5).
  • C_3 C_4 (simples entre \mathrm{sp}^2 e \mathrm{sp}): sigma = \mathrm{sp}^2(C_3) \mathrm{sp}(C_4).
  • C_1 C_2 (simples entre \mathrm{sp}^3 e \mathrm{sp}^2): sigma = \mathrm{sp}^3(C_1) \mathrm{sp}^2(C_2).
  • Ligações simples finais C_5 C_6, C_6 C_7: sigma = \mathrm{sp} \mathrm{sp}^3 para C_5 C_6 e \mathrm{sp}^3 \mathrm{sp}^3 para C_6 C_7.

Passo 9

  • Para (a): numere os carbonos e conte as regiões de densidade (ligação simples/dupla/tripla contam cada uma como 1); use a regra 2→ \mathrm{sp}, 3→ \mathrm{sp}^2, 4→ \mathrm{sp}^3.
  • Para (b): associe \mathrm{sp}\to 180^\circ, \mathrm{sp}^2\to 120^\circ, \mathrm{sp}^3\to 109,5^\circ.
  • Para (c): identifique o tipo de ligação (single/double/triple) e conclua: sigma entre orbitais híbridos correspondentes; pi(s) entre orbitais p não hibridizados. Se houver heteroátomos (Cl), estes geralmente usam orbitais p para a ligação sigma.

Resposta

a) (a) C_1:\mathrm{sp} — linear; C_2:\mathrm{sp} — linear; C_3:\mathrm{sp}^3 — tetraédrica; C_4:\mathrm{sp}^2 — trigonal planar; C_5:\mathrm{sp}^2 — trigonal planar; C_6:\mathrm{sp}^3 — tetraédrica; C_7:\mathrm{sp}^3 — tetraédrica; C_8:\mathrm{sp}^3 — tetraédrica.
a) (b) C_1:180^\circ; C_2:180^\circ; C_3:109,5^\circ; C_4:120^\circ; C_5:120^\circ; C_6:109,5^\circ; C_7:109,5^\circ; C_8:109,5^\circ.
a) (c) Não é possível indicar exatamente “as ligações indicadas pelas setas” porque as setas não foram fornecidas. Em termos gerais para as ligações presentes: C_1\equiv C_2: sigma = \mathrm{sp}(C_1)\!-\!\mathrm{sp}(C_2), duas pi = p\!-\!p; C_2\!-\!C_3: sigma = \mathrm{sp}(C_2)\!-\!\mathrm{sp}^3(C_3); C_3\!-\!Cl: sigma = \mathrm{sp}^3(C_3)\!-\!p(Cl); C_4=C_5: sigma = \mathrm{sp}^2(C_4)\!-\!\mathrm{sp}^2(C_5), pi = p\!-\!p; ligações C\!-\!C simples na cadeia: sigma entre os orbitais híbridos correspondentes ( \mathrm{sp}^2\!-\!\mathrm{sp}^3 ou \mathrm{sp}^3\!-\!\mathrm{sp}^3 conforme o caso).
b) (a) C_1:\mathrm{sp}^3 — tetraédrica; C_2:\mathrm{sp}^2 — trigonal planar; C_3:\mathrm{sp}^2 — trigonal planar; C_4:\mathrm{sp} — linear; C_5:\mathrm{sp} — linear; C_6:\mathrm{sp}^3 — tetraédrica; C_7:\mathrm{sp}^3 — tetraédrica.
b) (b) C_1:109,5^\circ; C_2:120^\circ; C_3:120^\circ; C_4:180^\circ; C_5:180^\circ; C_6:109,5^\circ; C_7:109,5^\circ.
b) (c) Não é possível indicar exatamente “as ligações indicadas pelas setas” porque as setas não foram fornecidas. Em termos gerais para as ligações presentes: C_2=C_3: sigma = \mathrm{sp}^2(C_2)\!-\!\mathrm{sp}^2(C_3), pi = p\!-\!p; C_4\equiv C_5: sigma = \mathrm{sp}(C_4)\!-\!\mathrm{sp}(C_5), duas pi = p\!-\!p (duas vezes); C_3\!-\!C_4: sigma = \mathrm{sp}^2(C_3)\!-\!\mathrm{sp}(C_4); C_1\!-\!C_2: sigma = \mathrm{sp}^3(C_1)\!-\!\mathrm{sp}^2(C_2); ligações simples finais: sigma entre os híbridos correspondentes ( \mathrm{sp}\!-\!\mathrm{sp}^3 e \mathrm{sp}^3\!-\!\mathrm{sp}^3 conforme o caso).

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