Questão 130 do ENEM 2018 — Ciências da Natureza

O grafeno é uma forma alotrópica do carbono organizada como uma folha bidimensional de átomos, com estrutura hexagonal semelhante a um favo de mel. Para responder à questão, o ponto-chave é descobrir a quantos vizinhos cada átomo de carbono está ligado.

Quantas ligações cada carbono faz

Na estrutura hexagonal do grafeno mostrada na figura, cada átomo de carbono interno aparece ligado a outros $3$ átomos de carbono vizinhos, formando a rede de hexágonos. O carbono é tetravalente (faz $4$ ligações no total): das quatro ligações, três são ligações simples ($\sigma$) com os vizinhos e uma é uma ligação $\pi$ que fica deslocalizada (ressonante) ao longo de toda a folha — é essa deslocalização que dá ao grafeno sua alta condutividade elétrica.

Da contagem de vizinhos à hibridação

A hibridação de um carbono é determinada pelo número de nuvens eletrônicas de ligação ($\sigma$) ao seu redor:

• $4$ nuvens (4 ligações simples): hibridação $sp^3$, geometria tetraédrica.
• $3$ nuvens (uma dupla e duas simples): hibridação $sp^2$, geometria trigonal planar.
• $2$ nuvens (duas duplas, ou uma simples e uma tripla): hibridação $sp$, geometria linear.

Como cada carbono do grafeno tem $3$ ligações $\sigma$ (3 vizinhos), a hibridação é $sp^2$.

Geometria ao redor de cada átomo

Para que as $3$ nuvens eletrônicas fiquem o mais afastadas possível umas das outras, elas se dispõem em um mesmo plano, formando ângulos de $120^\circ$. Essa disposição é a geometria trigonal planar — coerente com a folha ser plana.

Cuidado com a armadilha do 'hexagonal'

A rede toda forma hexágonos, mas a pergunta é sobre a geometria ao redor de cada átomo individual, e não sobre a forma macroscópica da rede. Ao redor de um único carbono há um triângulo plano, não um hexágono. Além disso, o carbono está no segundo período da tabela periódica (camadas $K$ e $L$) e não possui subnível $d$, então hibridações como $sp^3d$ ou $sp^3d^2$ são impossíveis para ele.

Portanto, a hibridação é $sp^2$ e a geometria é trigonal planar, o que corresponde à alternativa B.