As ligações carbono-hidrogênio existentes na molécula de metano (sp^3) podem ser interpretadas pela teoria da ligação de valência através da interpenetração frontal dos orbitais atômicos “s” do átomo de hidrogênio com os seguintes orbitais atômicos do átomo de carbono:
Alternativas
A) Quatro orbitais p.
B) Um orbital s e três orbitais p.
C) Um orbital p e três orbitais s p squared.
D) Quatro orbitais s p cubed.
E) Um orbital híbrido s p cubed.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem uma questão sobre as ligações carbono-hidrogênio na molécula de metano (CH₄). A matéria aqui é a Teoria da Ligação de Valência, que explica como os átomos se unem formando moléculas. Vamos precisar entender como os orbitais atômicos do carbono e do hidrogênio se combinam para formar essas ligações.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o metano tem uma estrutura tetraédrica, com o carbono no centro e quatro hidrogênios ligados a ele. O carbono tem uma configuração eletrônica que, no estado fundamental, é 1s² 2s² 2p². Mas, para formar quatro ligações iguais com os hidrogênios, ele “híbrida” seus orbitais.

Passo 3

A hibridação que ocorre no carbono do metano é a sp³. Isso significa que um orbital s e três orbitais p do carbono se combinam para formar quatro orbitais híbridos sp³ iguais. Esses orbitais híbridos estão direcionados para os cantos de um tetraedro, permitindo que o metano seja estável e simétrico.

Passo 4

Cada hidrogênio tem apenas um orbital s disponível para formar ligações. Então, cada orbital híbrido sp³ do carbono se sobrepõe com o orbital s de um hidrogênio, formando uma ligação C-H. Essa sobreposição frontal entre os orbitais garante que as ligações sejam fortes e bem formadas.

Passo 5

Agora, vamos analisar as alternativas com base nisso:
  • Alternativa A: Quatro orbitais p. Não faz sentido porque o carbono usou seus orbitais para formar híbridos sp³.
  • Alternativa B: Um orbital s e três orbitais p. Isso descreve os orbitais antes da hibridação, mas no metano eles estão híbridos.
  • Alternativa C: Um orbital p e três orbitais s p squared. Isso não é uma descrição correta.
  • Alternativa D: Quatro orbitais s p cubed. Também não é correto.
  • Alternativa E: Um orbital híbrido s p cubed. Parece estar descrevendo a hibridação corretamente.

Resposta

A alternativa correta é a E) Um orbital híbrido s p cubed.

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