O grafeno é uma forma alotrópica do carbono constituído por uma folha planar (arranjo bidimensional) de átomos de carbono compactados e com a espessura de apenas um átomo. Sua estrutura é hexagonal, conforme a figura.
Nesse arranjo, os átomos de carbono possuem hibridação
a) sp de geometria linear
b) sp² de geometria trigonal planar.
c) sp³ alternados com carbonos com hibridação sp de geometria linear.
d) sp³d² de geometria planar
e) sp³d² com geometria hexagonal planar
Resolução em texto📖
📚Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Ligações Químicas.
- Geometria Molecular.
- Hibridização dos Orbitais.
📊Nível da Questão:
- Médio.
✅Gabarito: Letra B – sp² de geometria trigonal planar
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Comando da questão:
O enunciado descreve o grafeno, um alótropo do carbono organizado em uma estrutura bidimensional hexagonal. O comando da questão pede para identificar a hibridização dos átomos de carbono nesse arranjo.
🔑Palavras-chave:
- Hibridização → Mistura de orbitais atômicos para formar novas geometrias.
- Geometria molecular → Forma espacial das moléculas.
- Grafeno → Forma alotrópica do carbono com ligações químicas específicas.
🎯Objetivo da questão:
Identificar a hibridização dos átomos de carbono na estrutura do grafeno, compreendendo como suas ligações químicas influenciam sua geometria molecular.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
Regra do Octeto e as Ligações do Carbono
- Os átomos querem estabilidade, e a forma mais estável de um átomo é quando ele tem oito elétrons na camada mais externa (camada de valência). Isso é chamado de regra do octeto.
- O carbono tem quatro elétrons de valência, então, para completar o octeto (ter 8 elétrons na camada externa), ele precisa formar quatro ligações químicas. Mas dependendo da situação, ele pode distribuir essas ligações de maneiras diferentes, criando diferentes hibridizações.
Os tipos de hibridização do carbono
Como o carbono sempre precisa de quatro ligações no total, ele pode fazer isso de diferentes formas:
- sp³ (tetraédrica) – O carbono faz quatro ligações simples com outros átomos.
- Exemplo: Diamante 💎, metano (CH₄).
- Geometria: Tridimensional, em forma de pirâmide (tetraedro).
- sp² (trigonal planar) – O carbono faz três ligações sigma e deixa um elétron “livre” que pode se movimentar.
- Exemplo: Grafeno ⚡, benzeno.
- Geometria: Plana e triangular, com ângulos de 120°.
- sp (linear) – O carbono faz duas ligações sigma e duas ligações duplas (ou uma tripla e uma simples).
- Exemplo: Gás carbônico (CO₂)💨, etino (C₂H₂).
- Geometria: Linear, com ângulos de 180°.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Por que o grafeno tem hibridização sp²?
No grafeno, cada carbono faz três ligações covalentes com outros carbonos e ainda tem um elétron livre. Esse elétron fica disponível para condução elétrica, o que torna o grafeno um excelente condutor.
Como o carbono está fazendo três ligações sigma, ele está na hibridização sp², o que dá ao grafeno uma forma plana e hexagonal.
Além disso, alguns elementos do texto trazem pistas importante sobre sua hibridização:
- “Estrutura hexagonal” → Indica que os carbonos estão organizados em uma rede de hexágonos, como no benzeno.
- “Arranjo bidimensional” → Mostra que a estrutura é plana, ou seja, os carbonos não estão ligados de forma tridimensional (como no diamante).
- “Espessura de apenas um átomo” → Outra dica de que os carbonos não estão organizados em camadas sobrepostas, mas sim em uma única folha plana.
Esses detalhes confirmam que a hibridização do carbono precisa ser sp².
Passo 4: Desenvolvimento do raciocínio
Agora, vamos organizar as informações:
1️⃣ O grafeno é feito apenas de carbonos.
2️⃣ Cada carbono está ligado a três outros carbonos, formando hexágonos.
3️⃣ Cada carbono tem um elétron “livre”, que pode se movimentar, ajudando na condução elétrica.
4️⃣ Para isso acontecer, os carbonos precisam estar hibridizados em sp², formando um plano.
Isso confirma que a hibridização correta é sp², com geometria trigonal planar.
Passo 5 – Análise das Alternativas e Resolução
a) sp de geometria linear ❌
Errado! O carbono sp faz duas ligações sigma e duas ligações duplas (ou uma tripla e uma simples), resultando em uma estrutura reta. Mas o grafeno tem hexágonos, então a estrutura não é linear.
b) sp² de geometria trigonal planar ✅
Certo! Como vimos, o grafeno tem carbonos ligados a três outros carbonos, o que dá hibridização sp² e formato trigonal planar. Isso permite que ele tenha uma estrutura plana e hexagonal.
c) sp³ alternados com carbonos de hibridização sp ❌
Errado! No grafeno, todos os carbonos têm o mesmo tipo de ligação. O sp³ aparece no diamante, onde cada carbono faz quatro ligações simples, e o sp aparece em compostos lineares, como o CO₂.
d) sp³d² de geometria planar ❌
Errado! Essa hibridização não ocorre no carbono, porque ele não tem orbitais d para participar da ligação.
e) sp³d² com geometria hexagonal planar ❌
Errado! O grafeno realmente tem uma estrutura hexagonal, mas o carbono não pode fazer sp³d². A resposta correta continua sendo sp².
Passo 6 – Conclusão e Justificativa Final
A questão pede para identificar a hibridização correta do carbono no grafeno. Como o grafeno é plano, tem carbonos ligados a três outros carbonos e um elétron deslocalizado que ajuda na condução elétrica, a hibridização é sp².
✔ Resposta correta: Letra B! ✅
