Preveja a hibridização, a geometria e os ângulos de ligação para os átomos de carbono e nitrogênio na acetonitrila \left(\mathrm{C}_{3}-\mathrm{C} \equiv \mathrm{N} \vdots\right)

Passo 1

O enunciado pede que eu preveja a híbridação, a geometria e os ângulos de ligação para os átomos de carbono e nitrogênio na acetonitrila, cuja fórmula estrutural é \mathrm{CH}_3\!-\!C\equiv\!N (o grupo \mathrm{CH}_3 ligado a um carbono que faz tripla ligação com \mathrm{N}).
Informações relevantes que eu uso (inferidas do enunciado):
  • Há um carbono do grupo metila ligado a três hidrogênios e ao carbono da triplabond: esse é o carbono do tipo \mathrm{CH}_3.
  • Há um carbono central que faz uma tripla ligação com o nitrogênio e uma ligação simples ao \mathrm{CH}_3.
  • O nitrogênio está ligado por tripla ligação ao carbono e tem um par de elétrons não ligante.
O que eu preciso dar para cada átomo pedido:
  • híbridação,
  • geometria (forma geométrica do arranjo dos domínios eletrônicos ao redor do átomo),
  • ângulos de ligação esperados (valores aproximados).

Passo 2

Conceito rápido e prático para usar na prova (sem jargões difíceis):
  • Híbridação: determina-se contando os domínios eletrônicos ao redor do átomo (também chamado de “steric number”): cada ligação sigma conta como 1 domínio, cada par isolado (lone pair) conta como 1 domínio. As duplas e triplas contam como 1 domínio (porque têm 1 ligação sigma + pi(s), mas só a sigma cria o domínio).
  • Regra prática:
    • 2 domínios → híbrido sp → geometria linear → ângulo 180^\circ.
    • 3 domínios → híbrido sp^2 → geometria trigonal plana → ângulos 120^\circ.
    • 4 domínios → híbrido sp^3 → geometria tetraédrica → ângulos \approx 109{,}5^\circ.
  • Lembrar: em uma tripla ligação só há 1 sigma (que participa do conteio), mais 2 pi (formadas por orbitais p não hibridizados) — os pi não contam como domínios para a geometria local.

Passo 3

Aplicando a regra ao carbono do grupo metila ( \mathrm{CH}_3):
  • Conte os domínios: ligações sigma = três ligações \mathrm{C–H} + uma ligação sigma \mathrm{C–C} = 4 domínios. Não há par isolado.
  • Portanto o número de domínios é 4 ⇒ híbridação \mathrm{sp}^3.
  • Geometria associada a \mathrm{sp}^3 é tetraédrica.
  • Ângulos de ligação típicos: aproximadamente 109{,}5^\circ. (Na prática, pequenos desvios ocorrem por efeitos eletronegativos e tamanho de átomos, mas para prova use 109{,}5^\circ.)

Passo 4

Aplicando a regra ao carbono ligado por tripla ligação ao nitrogênio (carbono nitrílico):
  • Conte os domínios: ligações sigma = uma sigma ao \mathrm{CH}_3 + a sigma da tripla ligação \mathrm{C\equiv N} = 2 domínios. (A tripla tem 1 sigma + 2 pi; só a sigma conta.)
  • Portanto número de domínios 2 ⇒ híbridação \mathrm{sp}.
  • Geometria associada a \mathrm{sp} é linear.
  • Ângulo entre os dois híbridos \mathrm{sp} é 180^\circ. Logo o eixo \mathrm{CH}_3\!-\!C\equiv\!N é praticamente uma linha reta.
Explicação extra (útil na prova): nesse carbono \mathrm{sp} as duas orbitais sp formam as duas sigmas (uma para \mathrm{C–C}, outra para \mathrm{C–N}); as duas orbitais p não hibridizadas, perpendiculares entre si e ao eixo, formam os dois pi que completam a tripla ligação.

Passo 5

Aplicando a regra ao nitrogênio nitrílico:
  • Conte os domínios: ligações sigma = a sigma da tripla \mathrm{C\equiv N} conta como 1 domínio; além disso há um par isolado (lone pair) no nitrogênio = 1 domínio. Total = 2 domínios.
  • Portanto número de domínios 2 ⇒ híbridação \mathrm{sp}.
  • Geometria eletrônica: linear (os dois domínios ficam em 180^\circ).
  • Ângulo efetivo envolvendo o nitrogênio e o carbono adjacente é 180^\circ. O par isolado ocupa uma das orbitais sp (a outra faz a sigma com o carbono).

Passo 6

Resumo didático e dicas rápidas para a prova:
  • Método-fácil: conte domínios (sigma + lone pairs), não conte pi separadamente.
  • Tripla ligação = 1 domínio (sigma) para geometria/híbridação.
  • Em \mathrm{CH}_3\!-\!C\equiv\!N: o metil é sp^3 tetraédrico (≈ 109{,}5^\circ), o carbono nitrílico é sp linear ( 180^\circ ), e o nitrogênio é sp com par isolado em orbital sp (geometria eletrônica linear, 180^\circ).
  • Na prova, responda direto com estes valores; se quiser justificar, use o conta-domínios mostrado acima.

Resposta

C do grupo \mathrm{CH}_3: sp^3; geometria tetraédrica; ângulos ~ 109{,}5^\circ.
C ligado à tripla ( \mathrm{C} da \mathrm{C}\equiv\mathrm{N}): sp; geometria linear; ângulos 180^\circ.
N (na \mathrm{C}\equiv\mathrm{N}): sp; geometria eletrônica linear; ângulos 180^\circ.

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