os ângulos CCC do ciclopentano e no ciclobutano são menores do que o ângulo interno do tetraedro regular. Sabe-se experimentalmente, que as moléculas são dobradas e, em consequência, não são planares, o que reduz ainda mais os ângulos. Já que os ângulos de ligação em carbono sp
são de
, por que os anéis dessas moléculas não são planares?
Passo 1
Então, vamos lá! A questão fala sobre os ângulos entre os átomos de carbono em moléculas cíclicas como o ciclopentano e o ciclobutano. O tema principal aqui é a geometria molecular e como os ângulos de ligação afetam a forma dessas moléculas. Para resolver isso, vamos precisar entender sobre os ângulos de ligação em carbonos sp³ e o que significa uma molécula ser plana ou não plana.
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar que o carbono sp³ tem quatro ligações ao seu redor, formando uma geometria tetraédrica com ângulos de aproximadamente
. Isso significa que, em moléculas abertas, os ângulos entre as ligações de carbono deveriam ser próximos desse valor para minimizar a repulsão entre os pares de elétrons.
Passo 3
Agora, em moléculas cíclicas como o ciclobutano e o ciclopentano, os carbonos estão ligados formando um anel fechado. Em um anel perfeitamente plano com quatro carbonos, como no ciclobutano, os ângulos internos seriam menores que
. Para um quadrado perfeito, cada ângulo seria
. No caso do ciclopentano, o ângulo seria um pouco maior, mas ainda menor que
.
Passo 4
Como os ângulos internos do anel são menores que os ângulos tetraédricos ideais, isso cria uma tensão angular na molécula. Para aliviar essa tensão, as moléculas não ficam perfeitamente planas. Em vez disso, elas se dobram ou assumem formas onduladas que aproximam os ângulos dos valores ideais, reduzindo a repulsão entre os grupos ligados aos carbonos.
Passo 5
Além disso, quando a molécula é plana, há mais tensão de torção porque as ligações sigma (σ) dos átomos de hidrogênio ficam mais próximas, aumentando a repulsão. Ao se dobrar, a molécula diminui essa tensão, tornando a estrutura mais estável, mesmo que ainda não atinja os ângulos tetraédricos perfeitos.
Passo 6
Portanto, mesmo sabendo que os ângulos de ligação em carbono sp³ são de
, as moléculas cíclicas como ciclopentano e ciclobutano não são completamente planas porque a rigidez do anel força os ângulos a serem menores. A dobradura da molécula é uma maneira de reduzir a tensão angular e de torção, aproximando os ângulos dos ideais e estabilizando a estrutura.
Resposta
Os anéis das moléculas ciclopentano e ciclobutano não são planares porque a necessidade de acomodar ângulos menores que os tetraédricos (
) gera tensão angular e de torção. Para reduzir essas tensões, as moléculas se dobram, assumindo formas não planas que aproximam os ângulos dos ideais, tornando a estrutura mais estável.