O metano é composto por 1 átomo de carbono e 4 átomos de hidrogênio. Em 1874, trabalhos independentes de van’t Hoff e Le Bel descreveram o metano como uma molécula onde os hidrogênios ocupam vértices de um tetraedro, estando o átomo de carbono no centro. Levando em conta a distribuição eletrônica do carbono, a alternativa que explica corretamente a estrutura tetraédrica é: Escolha uma:
a. o carbono realiza duas ligações simples com dois átomos de hidrogênio, utilizando seu orbital orbital 2s.
b. o metano possui 2 pares de ligações diferentes que resultam em um tetraedro.
c. o carbono sofre uma hibridização, formando 4 orbitais sp³.
d. o carbono sofre uma hibridização formando 4 orbitais.
e. o metano nunca existe como tetraedro, sendo esta descoberta refutada após alguns anos.

Passo 1

Então, vamos lá! A questão fala sobre a estrutura do metano (CH₄), que é composto por 1 átomo de carbono e 4 átomos de hidrogênio. A ideia é entender por que os hidrogênios estão organizados nos vértices de um tetraedro em torno do carbono. Para resolver isso, vamos precisar saber sobre hibridização de orbitais na química.

Passo 2

Primeiro, precisamos lembrar da distribuição eletrônica do carbono. O carbono tem 4 elétrons na camada de valência, distribuídos em seus orbitais 2s e 2p:
  • Orbital 2s: 2 elétrons
  • Orbitais 2p: 2 elétrons (em três suborbitais)

Passo 3

Agora, para formar quatro ligações iguais com os hidrogênios, o carbono “hibridiza” seus orbitais. Hibridização é quando orbitais atômicos se misturam para formar novos orbitais equivalentes.

Passo 4

No caso do metano, o carbono faz a hibridização sp³. Isso significa que um orbital 2s e três orbitais 2p se combinam para formar quatro novos orbitais sp³ idênticos. Cada um desses orbitais sp³ forma uma ligação sigma com um átomo de hidrogênio.

Passo 5

Esses quatro orbitais sp³ se organizam nos vértices de um tetraedro para minimizar a repulsão entre eles, o que explica a geometria tetraédrica do metano.

Resposta

A alternativa correta é a c. o carbono sofre uma hibridização, formando 4 orbitais sp³.

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