O grafeno é uma forma alotrópica do carbono constituído por uma folha…

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

GABARITO: B

A questão aborda a estrutura do grafeno, que é uma das formas alotrópicas do carbono. Para determinar a hibridização e a geometria, devemos analisar a disposição dos átomos na rede hexagonal apresentada na imagem.

1. Análise da conectividade: Observando a figura, nota-se que cada átomo de carbono (esfera cinza) está ligado diretamente a outros 3 átomos de carbono vizinhos.
2. Teoria da Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência (VSEPR): Como o carbono possui 4 elétrons na camada de valência e realiza 3 ligações sigma com seus vizinhos, sobra um elétron em um orbital $p$ puro (que formará ligações pi deslocalizadas). O número estérico é 3 (3 direções de densidade eletrônica sigma).
3. Conclusão da hibridização: Três regiões de densidade eletrônica ao redor de um átomo central resultam em hibridização do tipo $sp^2$.
4. Geometria molecular: A hibridização $sp^2$ origina uma geometria trigonal planar, com ângulos de ligação de aproximadamente $120^\circ$, o que permite a formação de uma folha perfeitamente plana, como descrito no enunciado.

Análise das alternativas:

• Correta. Conforme a análise estrutural, o carbono está ligado a 3 vizinhos em um plano, caracterizando hibridização $sp^2$ e geometria trigonal planar.
• Incorreta. O aluno identifica apenas 2 vizinhos por átomo ou assume a presença de ligações triplas: $2 \text{ grupos} = sp$. Por exemplo: o aluno ignora a terceira ligação visível na rede e calcula a geometria para um polímero linear, obtendo hibridização $sp$.
• Incorreta. O aluno supõe que a estrutura não é planar e possui carbonos saturados: $4 \text{ ligações sigma} = sp^3$. Por exemplo: o aluno confunde a estrutura do grafeno com a do diamante ou de um alcano, obtendo hibridização $sp^3$.
• Incorreta. O aluno assume a expansão da camada de valência para o carbono (impossível para o 2º período): $1s + 3p + 1d = 5 \text{ orbitais}$. Por exemplo: o aluno conta erroneamente 5 elétrons ao redor do carbono e aplica a fórmula $sp^3d$.
• Incorreta. O aluno associa o nome "hexagonal" ao número de coordenação 6: $1s + 3p + 2d = 6 \text{ orbitais}$. Por exemplo: o aluno vê anéis de 6 átomos e assume que cada carbono se liga a 6 outros, obtendo o valor de $sp^3d^2$.