( 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)
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 =
→ hibridação → geometria linear → ângulo . - Se o número de regiões =
→ hibridação → geometria trigonal plana → ângulo . - Se o número de regiões =
→ hibridação → geometria tetraédrica → ângulo .
- Se o número de regiões =
- 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 →
.
Passo 3
Vou numerar os carbonos da esquerda para a direita como
a
. A conectividade é:
.
Agora determino hibridação e geometria de cada carbono, explicando a contagem.
Agora determino hibridação e geometria de cada carbono, explicando a contagem.
-
: ligado por tripla a e tem um hidrogênio terminal. Regiões = (uma ligação tripla conta como 1 região sigma para contagem). Logo hibridação ; geometria linear. -
: ligado por tripla a e por simples a . Regiões = . Logo ; geometria linear. -
: ligado a (simples), a (simples) e a (simples) e tem um hidrogênio (implícito). Regiões = . Logo ; geometria tetraédrica. -
: participa da dupla , está ligado também a e a um hidrogênio (implícito). Regiões = . Logo ; geometria trigonal plana. -
: participa da dupla , está ligado a e a um hidrogênio (implícito). Regiões = . Logo ; geometria trigonal plana. -
: ligado a , e dois hidrogênios (implícitos) → regiões = . Logo ; geometria tetraédrica. -
: ligado a , e dois hidrogênios → regiões = . Logo ; geometria tetraédrica. -
: terminal metila ligado só a e três hidrogênios → regiões = . Logo ; 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:
-
( ): ângulo aproximado . -
( ): . -
( ): . -
( ): . -
( ): . -
( ): . -
( ): . -
( ): .
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,
– , – , – , etc.). - Uma ligação dupla
: sigma proveniente da sobreposição – (ou outra combinação se um carbono tiver diferente hibridação), e a pi é formada pela sobreposição lateral dos orbitais não hibridizados ( – ). - Uma ligação tripla
: sigma proveniente da sobreposição – ; as duas pi são devidas à sobreposição de dois pares de orbitais não hibridados (duas sobreposições – , geralmente ortogonais entre si). - Para ligação
– : o carbono usa seu orbital híbrido (ex.: se for sp3) que faz overlap com um orbital principalmente do cloro (o cloro geralmente contribui com um orbital que contém o par de elétrons ligado).
Aplicando às ligações-tipo de (a):
-
(tripla): sigma = – ; duas pi = – (duas sobreposições perpendiculares). -
– (simples entre e ): sigma = – . -
– : sigma = – . -
(dupla): sigma = – ; pi = – . - Ligações simples na cauda alquílica (
– , – , – ): sigma = – para – , e – para as demais, sempre por sobreposição dos orbitais híbridos respectivos.
Passo 6
Vou numerar da esquerda para a direita
a
. Conectividade:
.
Determino hibridação e geometria:
Determino hibridação e geometria:
-
: ligado a e a três hidrogênios → regiões = → ; geometria tetraédrica. -
: participa da dupla , ligado também a e a um hidrogênio → regiões = → ; geometria trigonal plana. -
: participa da dupla com e está ligado a (simples) e a um hidrogênio → regiões = → ; geometria trigonal plana. -
: ligado a (simples) e participa da tripla → regiões = → ; geometria linear. -
: participa da tripla e está ligado a (simples) → regiões = → ; geometria linear. -
: ligado a , e dois hidrogênios → regiões = → ; geometria tetraédrica. -
: terminal metila ligado a e três hidrogênios → regiões = → ; geometria tetraédrica.
Passo 7
Associação hibridação → ângulo ideal:
-
( ): . -
( ): . -
( ): . -
( ): . -
( ): . -
( ): . -
( ): .
Passo 8
Novamente, sem as setas específicas, aplico a regra geral às ligações-tipo de (b):
-
(dupla): sigma = – ; pi = – . -
(tripla): sigma = – ; duas pi = duas sobreposições – . -
– (simples entre e ): sigma = – . -
– (simples entre e ): sigma = – . - Ligações simples finais
– , – : sigma = – para – e – para – .
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→
, 3→ , 4→ . - Para (b): associe
, , . - Para (c): identifique o tipo de ligação (single/double/triple) e conclua: sigma entre orbitais híbridos correspondentes; pi(s) entre orbitais
não hibridizados. Se houver heteroátomos (Cl), estes geralmente usam orbitais para a ligação sigma.
Resposta
a) (a)
— linear;
— linear;
— tetraédrica;
— trigonal planar;
— trigonal planar;
— tetraédrica;
— tetraédrica;
— tetraédrica.
a) (b) ;
;
;
;
;
;
;
.
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: : sigma =
, duas pi =
;
: sigma =
;
: sigma =
;
: sigma =
, pi =
; ligações
simples na cadeia: sigma entre os orbitais híbridos correspondentes (
ou
conforme o caso).
a) (b)
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:
b) (a)
— tetraédrica;
— trigonal planar;
— trigonal planar;
— linear;
— linear;
— tetraédrica;
— tetraédrica.
b) (b) ;
;
;
;
;
;
.
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: : sigma =
, pi =
;
: sigma =
, duas pi =
(duas vezes);
: sigma =
;
: sigma =
; ligações simples finais: sigma entre os híbridos correspondentes (
e
conforme o caso).
b) (b)
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: