11.19 (a) O que significa o termo polarizabilidade? (b) Qual dos seguintes átomos você acha que é polarizabilizável: N, P, As, Sb ? Explique. (c) Liste as seguintes moléculas em ordem crescente de polarizabilidade: GeCl4, CH4, SiCl4, SiH4 e GeBr4. (d) Determine a ordem dos pontos de ebulição das substâncias do item (c).

Passo 1

O enunciado (a) pede o conceito de polarizabilidade, (b) compara átomos do grupo 15 ( N,P,As,Sb), (c) ordena moléculas ( GeCl4,CH4,SiCl4,SiH4,GeBr4) em polarizabilidade e (d) prevê a ordem de pontos de ebulição dessas moléculas. O conteúdo envolve forças de dispersão de London, definição de polarizabilidade e tendências periódicas de tamanho e número de elétrons.

Passo 2

Para (a), definimos polarizabilidade como a facilidade com que a nuvem eletrônica de um átomo ou molécula é distorcida por um campo elétrico externo. A dipolo induzido mu e o campo E satisfazem
mu = alpha,E
onde alpha é a polarizabilidade. Em termos qualitativos, quanto maior o tamanho e menos fortemente ligados os elétrons, maior alpha.

Passo 3

Para (b), em átomos isolados a polarizabilidade cresce ao descer um grupo da tabela periódica, pois o raio atômico e o número de elétrons aumentam, tornando a nuvem eletrônica mais difusa. Assim,
alpha(N)<alpha(P)<alpha(As)<alpha(Sb),
logo o átomo mais polarizável é Sb.

Passo 4

Para (c), em moléculas tetraédricas apolares a polarizabilidade total cresce com o tamanho e o número de elétrons dos átomos centrais e ligantes. Comparando
  • CH4 vs. SiH4: maior raio de Si to alpha(CH4)<alpha(SiH4).
  • Substituindo H por Cl ou Br e trocando Si por Ge: quanto mais pesados e eletrônicos, maior alpha.
    Logo a ordem crescente é
alpha(CH4)<alpha(SiH4)<alpha(SiCl4)<alpha(GeCl4)<alpha(GeBr4)

Passo 5

Para (d), em moléculas não polares a única força intermolecular relevante é a dispersão de London, cuja intensidade cresce com alpha. Portanto, quanto maior alpha, maior o ponto de ebulição. A ordem de pontos de ebulição coincide com a de polarizabilidade:
CH4<SiH4<SiCl4<GeCl4<GeBr4

Resposta

a) Polarizabilidade é a medida de quão facilmente a nuvem eletrônica de um átomo ou molécula é distorcida por um campo elétrico externo.
b) Sb é o mais polarizável.
c) CH4<SiH4<SiCl4<GeCl4<GeBr4 (ordem crescente de polarizabilidade).
d) CH4<SiH4<SiCl4<GeCl4<GeBr4 (ordem crescente de pontos de ebulição).

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