Universidade Catlica de PernambucoCentro de Cincias e TecnologiaDepartamento de QumicaQumica Orgnica Iedcarrazzoni@hotmail.com

HibridizaoProf. Ed Paschoal Carrazzoni

O tomo de carbono, no estado fundamental, bivalente, e suaconfigurao representada por 1s2, 2s2, 2p2.

1s2

2s2

2px 2py

Ocorre, entretanto, que, nos compostos, o carbono funciona como umtomo tetravalente. Para explicar essa discrepncia, admite-se que, com ofornecimento de energia, haja uma promoo de eltron do orbital 2s para oorbital 2p (por exemplo, 2pz).

1s2

2s2

2py2px 2pz

O tomo excitado, nessas condies, explicaria, apenas, a tetravalnciado tomo de carbono, uma vez que os quatro orbitais (um orbital s e 3 orbitaisp) possuem, cada um deles, um eltron, podendo ligar-se a quatro outrostomos, formando quatro ligaes.

Entretanto, no ficaria explicada a igualdade de ngulos (109o28"), umavez que os orbitais 2px, 2py, 2pz seriam perpendiculares entre si, e o orbital s,sendo esfrico, no teria orientao.

Sem recorrer a clculos matemticos, podemos prever facilmente qualseria o ngulo de ligao para o metano, por exemplo. No metano, temosquatro nuvens eletrnicas (ou quatro ligaes C-H) que devero sofrerrepulses uma das outras, de maneira que, no final, devero ocupar umadeterminada posio no espao.

A nica figura geomtrica que acomoda uma situao como esta a dotetraedro regular, tendo, no centro, o tomo de carbono e, nos vrtices, osquatro hidrognios (ou dirigindo-se para os vrtices, as quatro nuvenseletrnicas). Os ngulos formados so todos idnticos e iguais a 109o28".

Para explicar essa anormalidade, admite-se que, aps a promoo doeltron do orbital 2s para o orbital 2p, esses orbitais recombinam-se entre si.Essa redistribuio dos orbitais entre si denominada hibridizao e, deacordo como realizada, temos as hibridizaes tetragonal, trigonal e linear.

Hibridizao tetragonal (orbitais moleculares sigma)Na hibridizao tetragonal (tetradrica), o orbital 2s hibridiza-se com os

trs orbitais 2p, formando quatro orbitais hibridizados sp3, com ngulos de109o28".

+

Esse o caso do metano e de todos os hidrocarbonetos saturados. Nometano, os quatro orbitais sp3 interpenetram-se com quatro orbitais s dostomos de hidrognio, e os orbitais moleculares formados correspondem schamadas ligaes simples ou ligaes sigma ou orbitais molecularessigma.

No etano (CH3-CH3), temos um caso semelhante ao metano, com adiferena de que um dos orbitais hbridos, em vez de estar superposto a umorbital s do hidrognio, interpenetra-se com outro orbital hibridizado do outrotomo de carbono.

Temos, nesse caso, sete ligaes sigma (ou sete orbitais molecularessigma, ou sete ligaes simples). Convm salientar que ligaes simples comoa do etano, propano etc., permitem livre rotao em torno de seus eixos. Ocomprimento de uma ligao simples carbono-carbono de 1,54 .Hibridizao trigonal (formao de ligaes pi)

Na hibridizao trigonal, o orbital 2s hibridiza-se com apenas doisorbitais 2p (por exemplo, 2pxpy), formando trs orbitais sp2, permanecendo umorbital p sem hibridizar-se.

Os orbitais hibridizados diferem dos no hibridizados principalmenteporque os primeiros se concentram numa determinada direo. Os trs orbitaissp2 formam, entre si, ngulos de 120o.

+

O caso mais simples o do eteno (CH2=CH2): observa-se, narepresentao da figura,

21

que os trs orbitais hbridos do tomo de carbono nmero 1, superpem-secom dois orbitais s dos tomos de hidrognio, formando duas ligaes sigma,e o terceiro, interpenetra-se com outro hbrido do tomo de carbono nmero 2,formando uma terceira ligao sigma. Este carbono 2, por sua vez, superpeseus dois orbitais hibridizados restantes, com dois orbitais s dos tomos dehidrognio.

Finalmente, temos, em cada tomo de carbono, um orbital p nohibridizado, cada um deles com um eltron, estando, portanto, em condiesde se superporem para formar um novo orbital molecular, denominado orbitalmolecular pi (ligao pi).

Convm notar que um maior entrosamento dos orbitais p nohibridizados conseguido quando os mesmos so paralelos entre si eperpendiculares ao eixo da ligao sigma dos dois orbitais hibridizados deambos os tomos de carbono. Como conseqncia da necessidade desseparalelismo dos orbitais p para formar a ligao pi, podemos deduzir que oscompostos que a possuem esto impossibilitados de apresentar rotao livreem torno do eixo C=C, nas condies normais de temperatura.

Para que haja a rotao livre em torno daquele eixo, necessrio ofornecimento de uma energia suplementar, que no conseguida temperatura ambiente nem nas condies usuais das reaes comuns delaboratrio.

Observa-se que a ligao pi est representada abaixo e acima do planodos orbitais sp2, e uma conseqncia dessa distribuio que a nuvemeletrnica d estrutura condies de reagir com sistemas deficientes emeltrons, conforme veremos em outro captulo.

Em resumo, no eteno, temos cinco ligaes sigma e uma ligao pi.Qualquer que seja a olefina, teremos, sempre, como responsvel pela duplaligao, uma ligao sigma e uma ligao pi.

A formao de um orbital molecular pi contribui para o encurtamento daligao carbono-carbono, de maneira que, enquanto o comprimento de umaligao simples (no etano, propano etc.) de 1,54 , no eteno, o comprimentoda ligao carbono-carbono de 1,34 .

No propeno, seguindo o raciocnio empregado at agora, temos para oscarbonos 1 e 2, hibridizaes sp2 e, para o carbono 3, hibridizao sp3.

3

2

1

Hibridizao linearNa hibridizao linear, o orbital 2s hibridiza-se com apenas um orbital 2p

(2px ou 2py ou 2pz), formando dois orbitais sp, ficando, portanto, dois orbitais

p com carter de orbitais puros. Os dois orbitais sp formam entre si ngulos de180o.

Os dois orbitais p no hibridizados so perpendiculares entre si e,tambm, ao eixo do orbital hibridizado sp.

+

O caso mais simples o do acetileno (H-CC-H), onde cada um dosorbitais hibridizados dos dois tomos de carbono interpenetram-se com umorbital s do hidrognio, formando orbitais moleculares sigma. O orbital sprestante de ambos os tomos de carbono superpe-se para formar uma novaligao sigma.

Restam, portanto, os dois orbitais p no hibridizados que, conforme jdissemos, so perpendiculares entre si e ao eixo do orbital sp.

Vimos, na hibridizao trigonal, que uma das condies para oentrosamento dos orbitais p o paralelismo que deve ser mantido entre eles.Logicamente, no acetileno, essa condio mantida, havendo osentrosamentos com formao de dois orbitais moleculares pi.

A formao de mais uma ligao pi - comparando com o eteno,encurtar mais ainda o comprimento da ligao, de maneira que as ligaestrplices carbono-carbono apresentam um comprimento de ligao de 1,20 .

Para uma estrutura como CH3-CH=CH-CC-H, teremos a seguinterepresentao.

Mtodo prtico para a identificao do tipo de hibridizaoUm mtodo prtico para sabermos o tipo de hibridizao dos tomos de

carbono em um composto, baseia-se no nmero de coordenao covalente decada tomo de carbono envolvido na ligao.

Nome Estrutura Nmero decoordenao

Hibridizao

Metano CH4 4 sp3

Eteno CH2=CH2 C1 = 3

C2 = 3

sp2

sp2

Propeno CH3-CH=CH2 C1 = 3

C2 = 3

C3 = 4

sp2

sp2

sp3

Propino CH3-CCH C1 = 2C2 = 2

C3 = 4

sp

sp

sp3

Aleno CH2=C=CH2 C1 = 3

C2 = 2

C3 = 3

sp2

sp

sp2

Benzeno C6H6 3 sp2

tomos de carbono com nmero de coordenao 4 esto emhibridizao sp3; carbonos com nmero de coordenao 3, esto emhibridizao sp2; carbonos com nmero de coordenao 2, esto emhibridizao sp.

Problemas1. (UFMA/84) - A molcula do metano:

a) apresenta ligao formada por orbitais hbridos sp;b) tetradrica;c) linear;d) tem a forma de pirmide ortogonal.

2.UFBA/77 - Os tomos de carbono que formam o acetileno tm umaconfigurao de natureza:a) linearb) trigonalc) tetradricad) pentagonale) hexagonal

3.(CESCEM/68) - Qual dos compostos abaixo possui um tomo de carbonocomo centro de um tetraedro regular ?a) formaldedob) acetilenoc) benzenod) dimetilpropanoe) cido frmico

4.(UFRN/83.2) - A geometria das molculas CH4, CH2O e CO2 ,respectivamente:a) tetradrica, triangular planar e dobrada;b) triangular planar, tetradrica e linear;c) quadrada planar, triangular planar e linear;d) tetradrica, triangular planar e linear;e) tetradrica, piramidal e dobrada.

5.(UFSMaria) - A molcula que apresenta todos os seus tomos no mesmoplano, :a) CH4b) CH3-CH3c) CH2=CH-CH3d) CH3-CCHe) CH2=CH-CH=CH2

6.(FESP/84) - O carbono no estado fundamental representa:a) capacidade reduzida de combinao do tomo de carbono;b) o tomo de carbono tetravalente;c) a distribuio eletrnica 1s2, 2s1, 2px1, 2py1, 2pz1;d) a soma de todos os istopos do carbono;e) apenas os orbitais 2s, 2px, 2py, 2pz esto disponveis para receber

eltrons.

7.(UFPA/80 - Na coluna da esquerda, so dados tipos de hibridizao e, nadireita, arranjos especiais:

1. sp ( ) linear2. sp2 ( ) piramidal3. sp3 ( ) retangular

( ) tetradrico( ) trigonal planar

A associao correta :

a) 1b - 2e - 3cb) 1e - 2c - 3bc) 1c - 2d - 3dd) 1a - 2e - 3de) 1a - 2d - 3e

8.(Cesesp/78) - A figura geomtrica que melhor representa a estrutura dometano um:a) quadrado;b) cubo;c) tetraedro regulard) tringulo issceles;e) tringulo escaleno.

9.(UFPE/82) - Associe as informaes corretas sobre o eteno:

ngulo entre orbitais Representao geomtrica

(1) 120o (A) Tetradrica(2) 109o28 (B) Trigonal

A associao correta :

a) 1 Bb) 2 Bc) 1 Ad) 2 A

10.(UNICAP/81) - Atravs de raios-X foi determinado que a distncia entre umtomo de carbono e um de oxignio de 1,24 para a ligao dupla e, nocaso de ligao simples, 1,43 . No on acetato, devemos ter que:a) a distncia do carbono para o oxignio de cima de 1,43 e para o de

baixo 1,24 ;b) a distncia carbono-oxignio de cima 1,24 e o de baixo de 1,43 ;c) a distncia 1,43 poder ser para o oxignio de cima ou o de baixo,

indiferentemente, sendo a outra 1,24 ;d) a distncia entre o carbono e os dois oxignios sempre igual, podendo

ser de 1,24 ou 1,43 .

11.(UFPE/72) - As afirmativas abaixo se referem ao tomo de carbono.Assinale a nica afirmativa falsa.

a) As quatro ligaes que o tomo de carbono pode formar no metano soexatamente equivalentes.

b) O tomo de carbono no seu estado fundamental tem dois eltrons pemparelhados.

c) A energia de excitao requerida para a hibridizao dos orbitais decarbono deve ser compensada quando as ligaes de valncia seformam.

d) Nos hidrocarbonetos saturados o tomo de carbono forma quatro orbitaishbridos sp3.

e) Quando o carbono se liga com quatro tomos vizinhos, as suas quatrovalncias so dirigidas para os vrtices de um tetraedro regular.

12.(PUC-SP/71) - Em compostos orgnicos, a hibridizao sp do carbonoaparece em:a) ligaes simples e origina uma configurao tetradrica;b) ligaes duplas e origina uma configurao linear;c) ligaes triplas e origina uma configurao tetradrica;d) ligaes simples e origina uma configurao triangular;e) ligaes triplas e origina uma configurao linear.

13.Qual, dentre as afirmativas abaixo, falsa ?a) O tomo de carbono no estado fundamental bivalente.b) No possvel obter duas molculas de CH3CN com propriedades fsicas

e qumicas diferentes.c) A formao de um orbital molecular contribui para o encurtamento da

ligao C-C.d) Uma ligao trplice (como no acetileno) menor do que a ligao C-C

do eteno.e) Todos os hidrocarbonetos apresentam ngulos de 109o28.

14.Quando um tomo de carbono com hibridizao sp liga-se a outro comhibridizao idntica, deve ocorrer entre eles:a) apenas ligaes sigma;b) apenas ligaes pi;c) apenas uma ligao sigma e uma ligao pi;d) apenas uma ligao sigma e duas ligaes pi;e) apenas uma ligao pi e duas ligaes sigma.

15.(UFPA/82) - O composto que apresenta trs tomos de carbono sp2 e umsp :a) CH2=CH-CH=C=Ob) CH2=CH-CH2-CCH

C C Hc)

d) CHC-CH=CH2e) CH3CH2-CCH

16.(UNIFOR/82.1) - No acetileno existem:a) cinco ligaes ;b) duas ligaes e trs ligaes ;

c) trs ligaes e duas ligaes ;d) cinco ligaes

17.(Medicina/Santos/72) - Se no existisse o fenmeno de hibridizao deorbitais, o tomo de carbono seria:a) monovalenteb) pentavalentec) bi e trivalented) tetravalentee) hexavalente

18.(Med.S.Casa-70) - A molcula do metano apresenta todas as ligaes C-He todos os ngulos H-C-H (109o28) iguais. Essa observao demonstra queo tomo de carbono se combina:a) no estado fundamental;b) utilizando 3 eltrons em orbitais p e um eltron em orbital s;c) utilizando 4 eltrons em orbitais p;d) utilizando orbitais hbridos de orbitais s e p;e) nenhuma das indicaes correta.

19. Sobre o propino, correto afirmar:a) a hibridizao do carbono 3 sp3;b) o carbono 1 apresenta apenas ligao sigma;c) o carbono do meio apresenta trs ligaes sigma e uma ligao pi;d) nenhuma das respostas;e) o carbono do meio apresenta uma ligao sigma e trs ligaes pi.

20.(Cesgranrio/80) - A substncia etanamida apresenta as seguintes ligaes:a) 5 e uma ligao b) 8 e uma c) 4 e 2 d) 3 e 3 e) 2 e 4

21.(Cesesp/77) - Problemas 21 e 22. Em qual dos compostos seguintes ostomos de carbono tm mais de uma espcie de hibridizao:a) CH3-CH=CH-CH3b) CH3CH2-CH2-CH3c) CH2=CH-CH=CH2d) H-CC-He) n.d.r.

22.Em qual deles cada tomo de carbono tem uma hibridizao sp ? (Use asrespostas do problema anterior).

23. A molcula do anidrido carbnico apresenta:a) quatro ligaes sigma;b) duas ligaes sigma e duas ligaes pi;c) quatro ligaes pi;d) quatro ligaes sigma e uma ligao pi;

e) trs ligaes pi e uma ligao sigma.

As Questes 24 e 25 referem-se ao buteno-2.

24.a) tem uma dupla ligao; b) tem duas duplas ligaes; c) no tem duplas ligaes; d) tem uma tripla ligao; e) tem duas triplas ligaes.

25. O segundo carbono tem hibridizao:a) spb) sp2c) sp3d) sfe) sd

26.O primeiro carbono do propino tem:a) trs ligaes sigma e uma pi;b) uma ligao sigma e trs ligaes pi;c) duas ligaes sigma e duas ligaes pi;d) quatro ligaes sigma;e) uma ligao sigma e duas pi.

27.UFRN/81) - O benzeno, composto aromtico de frmula C6H6, apresentaem sua estrutura:a) 12 ligaes e 6 b) 12 ligaes e 3 c) 6 ligaes e 6 d) 9 ligaes e 3 e) 3 ligaes e 3

28.(Cesesp/80) - Qual a afirmao falsa a respeito da configurao eletrnica eestrutura do eteno ?a) Os tomos de carbono esto em hibridizao sp3.b) A ligao C=C mais longa do que a ligao C-C no etano.c) Entre os tomos de carbono, h uma ligao sigma e uma pi.d) A ligao C=C mais curta do que a ligao C-C no etano.e) As ligaes C-H so do tipo sigma.

29.No butadieno, a hibridizao dos tomos de carbono , respectivamente:a) sp2, sp2, sp2, sp2b) sp2, sp3, sp2, sp3c) sp2, sp, sp2, spd) sp3, sp2, sp, sp3e) sp, sp2, sp, sp3

As questes de 30 a 36 devem ser respondidas pelas alternativas:a) as ligaes sigma que ligam os tomos de carbono na molcula so,

somente, do tipo sp3-sp3;

b) as ligaes sigma que ligam os tomos de carbono na molcula so,somente, do tipo sp2-sp2;

c) as ligaes sigma que ligam os tomos de carbono na molcula so,somente, do tipo sp-sp;

d) As ligaes sigma que ligam os tomos de carbono na molcula so,somente, do tipo sp-sp2;

e) as ligaes sigma que ligam os tomos de carbono na molcula so,somente, dos tipos sp-sp, sp2-sp2, sp-sp3, sp2-sp3.

30. No etano,

31. No eteno,

32. No etino,

33. No benzeno,

34. No aleno,

35. No eritreno,

36. No alilacetileno,

37. Os compostos H2, HF, O2, propeno e acetileno, possuem:a) 10 ligaes sigma e sete ligaes pi;b) 14 ligaes sigma e quatro ligaes pi;c) 17 ligaes sigma e uma ligao pi;d) 10 ligaes sigma e trs ligaes pi;e) 14 ligaes sigma e trs ligaes pi.

38.(Cescem/67) - Os tipos de ligaes existentes na molcula do propeno(CH2=CH-CH3), entre os tomos de:1) carbono 1 e os seus hidrognios;2) carbono 1 e carbono 2;3) carbono 2 e carbono 3;4) carbono 3 e seus hidrognios

so, sucessivamente:

a) ligaes sigma, ligaes sigma, ligaes pi, ligaes sigma.b) ligaes sigma, ligaes pi, ligao sigma, ligaes sigma.c) ligaes sigma, ligao sigma e ligao pi, ligao pi, ligao sigma.d) ligaes sigma, ligao sigma e ligao pi, ligao sigma, ligao sigma.e) ligaes sigma, ligao pi, ligao pi, ligao sigma.

39.A micomicina um antibitico contendo um grande nmero de ligaes nosaturadas. A sua frmula :

C CCCC C CCC C C C CH H H H HH

H

H H 2

O

O

a b c d e f g

Qual das seguintes respostas descreve corretamente a hibridizao dostomos de carbono assinalados de a at g ?

a B c d e f ga) sp2 sp2 sp sp sp sp2 spb) sp Sp sp2 sp sp2 sp3 sp2c) sp2 sp2 sp3 sp2 sp3 sp3 sp3d) sp Sp sp2 sp2 sp2 sp3 sp2e) sp2 sp2 sp2 sp2 sp2 sp2 sp3

40.(UFCE/81.1) - Analise as proposies que se seguem, referentes ao estudoda qumica do carbono, e selecione as verdadeiras.

01.Cadeias saturadas so aquela que apresentam duplas ou triplas ligaesentre os tomos de carbono.

02.Cadeias acclicas so aquelas em que os tomos de carbono se ligamsem fechar um ciclo ou anel.

04.Carbono tercirio o tomo que se liga a trs tomos de carbono.08.Hidrocarbonetos aromticos so os que contm anel benznico.16.O carbono pode apresentar hibridizao sp3, sp2 e sp, dependendo do

tipo de ligao da qual participa.32.Toda cadeia cclica no aromtica alicclica.

41.(UFRN/74) - A seguinte representao pictorial utilizada em qumica

provavelmente corresponde a:

a) uma molcula do acetileno.b) uma molcula do etano.c) uma molcula do etileno.d) duas molculas do metano.e) oito molculas de CH4