Por que é necessário utilizar orbitais hibridos para justificar a estrutura do metano, CH4 ?

Passo 1

Vamos resolver a questão: Por que é necessário utilizar orbitais híbridos para justificar a estrutura do metano, CH4 ?
Aqui, estamos trabalhando com química, mais especificamente com a teoria dos orbitais híbridos. Para entender isso, vamos precisar conhecer como os átomos se unem formando moléculas e como as suas orbitais eletrônicas se combinam para dar a forma que conhecemos.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o carbono, no metano, tem 4 elétrons de valência que podem formar ligações com os 4 átomos de hidrogênio. Se olharmos apenas as orbitais atômicas do carbono, temos uma 2s e três 2p.

Passo 3

Sem hibridação, o carbono usaria essas quatro orbitais (1 s e 3 p) para formar ligações simples com hidrogênio. No entanto, isso não explica a geometria tetraédrica observada na molécula de metano, que tem ângulos de ligação de aproximadamente 109,5°.

Passo 4

Para resolver isso, usamos a hibridação dos orbitais. No caso do metano, o carbono mistura sua orbital 2s com as três 2p, formando quatro novas orbitais equivalentes chamadas orbitais sp³.

Passo 5

Esses orbitais sp³ estão distribuídos de forma tetraédrica, o que explica os ângulos de ligação de 109,5°. Assim, cada orbital sp³ se sobrepõe com a orbital 1s de um hidrogênio, formando as ligações C-H de maneira uniforme e com a geometria observada.

Resposta

É necessário utilizar orbitais híbridos sp³ no metano, CH4, porque a hibridação permite que as quatro ligações C-H estejam distribuídas de forma tetraédrica com ângulos de 109,5°, explicando assim a geometria da molécula de maneira coerente.

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