Aplicando a teoria de ligação de valência e a teoria de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência, explique e justifique as observações abaixo:
O valor do momento dipolar da água é
e do dióxido de carbono é zero.
O valor do momento dipolar da água é
Passo 1
Beleza, a questão pede pra gente usar duas paradinhas de química: a Teoria de Ligação de Valência (que fala de hibridização e como os orbitais dos átomos se misturam) e a Teoria de Repulsão dos Pares de Elétrons na Camada de Valência (VSEPR, que prevê a geometria da molécula). O que queremos entender é por que a água (H₂O) tem um momento dipolar de 1,84 D (é polar) e o dióxido de carbono (CO₂) tem momento dipolar zero (é apolar). Vamos precisar lembrar de:
- Hibridização do oxigênio em H₂O e do carbono em CO₂.
- Geometrias resultantes pela VSEPR.
- Como somar vetorialmente os momentos de ligação (dipolos de cada ligação).
Passo 2
Primeiro, bora olhar a água (H₂O):
- O oxigênio tem 6 elétrons na camada de valência. Ele faz duas ligações σ com cada H e sobra par isolado.
- Pela Teoria de Ligação de Valência, o O mistura um orbital 2s com três 2p → dá quatro orbitais sp³. Destes, dois ocupam pares isolados e dois formam ligações O–H.
- Pela VSEPR, esses quatro pares (2 ligantes + 2 isolados) se organizam num arranjo de tetraedro para ficar o mais distante possível. Só que molecularmente vemos só as ligações: a geometria é “angular” (ou “bent”) com ângulo ≈ 104,5°.
- Cada ligação O–H é polar porque O é mais eletronegativo que H. O dipolo de cada O–H aponta de H para O.
Agora, se você tenta somar esses vetores dipolares:
- O ângulo de ~104,5° faz com que eles não fiquem exatamente opostos nem na mesma direção.
- A soma vetorial deles não zera, sobrou um “resultante” apontando pra o oxigênio.
- Esse resultante é o momento dipolar total ≈ 1,84 D.
Passo 3
Agora, vamos pro CO₂:
- O carbono tem 4 elétrons de valência e faz duas ligações duplas com oxigênio.
- Pela Teoria de Ligação de Valência, o C faz hibridização sp: mistura um 2s e um 2p → dois orbitais sp lineares. Cada um desses forma uma ligação σ com um O. Os elétrons restantes dos p formam as ligações π.
- Pela VSEPR, temos só dois pares ligantes em C, sem par isolado. Eles ficam em 180°, resultando em GEOMETRIA LINEAR.
- Cada ligação C=O é polar (O mais eletronegativo que C), então cada dipolo aponta de C para O. Mas como são duas ligações exatamente opostas (ângulo = 180°), os vetores dipolares se cancelam:
- Logo, o momento dipolar total do CO₂ é zero.
Resposta
A água é polar (μ = 1,84 D) porque tem geometria angular (ângulo ~104,5°) e seus dois dipolos de ligação não se cancelam. Já o CO₂ é apolar (μ = 0 D) pois sua geometria linear (180°) faz com que os dois dipolos C=O se anulem perfeitamente.