O cloreto de metileno
tem menos átomos de cloro do que o clorofórmio
. No entanto, o cloreto de metileno tem um momento de dipolo molecular maior que o clorofórmio. Explique.
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que o exercício pede. Ele fala que o diclorometano (CH₂Cl₂) tem dois átomos de Cl, enquanto o clorofórmio (CHCl₃) tem três, mas, curiosamente, o primeiro tem um momento de dipolo maior que o segundo.
Conteúdo: polaridade molecular, VSEPR (geometria) e soma vetorial de momentos de dipolo.
O que vamos precisar:
Conteúdo: polaridade molecular, VSEPR (geometria) e soma vetorial de momentos de dipolo.
O que vamos precisar:
- Entender o que é momento de dipolo de ligação e de molécula (μ).
- Saber como a geometria (VSEPR) determina o arranjo espacial dos átomos.
- Aprender a somar vetores de dipolo (mesmo que de forma qualitativa).
Passo 2
Primeiro, recapitular o conceito de momento de dipolo.
Cada ligação C–Cl é polar porque Cl é mais eletronegativo que C. O vetor dipolo de uma ligação, μ<sub>C–Cl</sub>, aponta de C para Cl. O momento de dipolo total da molécula, μ<sub>mol</sub>, é a soma vetorial de todas as ligações:
Cada ligação C–Cl é polar porque Cl é mais eletronegativo que C. O vetor dipolo de uma ligação, μ<sub>C–Cl</sub>, aponta de C para Cl. O momento de dipolo total da molécula, μ<sub>mol</sub>, é a soma vetorial de todas as ligações:
Se as ligações estiverem dispostas de modo que os vetores se cancelem em parte, o valor final cai. Se forem “desbalanceadas”, o μ<sub>mol</sub> cresce.
Passo 3
Vamos à geometria de CH₂Cl₂ (diclorometano).
- Átomo central: C
- Ligações: 2 × C–H e 2 × C–Cl
- Geometria VSEPR: tetraédrica ligeiramente distorcida, mas fundamentalmente C está ligado a quatro átomos em vértices de um tetraedro.
No tetraedro “ideal” os ângulos são de 109,5°. Aqui, os dois Cl acabam ficando em posições que não são diametralmente opostas (não há simetria que cancele totalmente).
Desenhando grosso modo:
Cl
\
C — H
/
Cl
As setas para as ligações C–Cl têm magnitude parecida (digamos μ<sub>Cl</sub>) e fazem um ângulo de ~109,5° entre si. O somatório vetorial dessas duas setas não se cancela completamente. Além disso, os vetores C–H são menores e complicam o resultado de cancelamento, empurrando ainda mais o vetor resultante para o lado dos Cl.
Passo 4
Agora CHCl₃ (clorofórmio).
- Átomo central: C
- Ligações: 1 × C–H e 3 × C–Cl
- Geometria: tetraédrica quase perfeita (C3v), com os três Cl formando um “trígono” em volta do C e o H lá em cima (ou embaixo).
Esquematicamente:
Cl
|
Cl–C–Cl
|
H
Os três vetores C–Cl estão a 120° entre si no plano, formando quase um “triângulo equilátero vetorial”. Se você somar três vetores iguais (μ<sub>Cl</sub>), separados de 120°, o resultado se aproxima de zero no plano. Resta só um pequeno componente que “puxa” na direção do H (mas esse é fraco, pois C–H é pouco polar).
Passo 5
Comparando os dois:
- Em CH₂Cl₂, só temos duas ligações C–Cl, sem simetria para cancelar tudo. Logo, sobra um vetor resultante razoavelmente grande.
- Em CHCl₃, três C–Cl dispostos simetricamente se cancelam entre si quase completamente, deixando apenas um dipolo bem menor (do C–H desequilibrando de leve).
Resposta
O diclorometano (CH₂Cl₂) tem um arranjo tetraédrico com apenas duas ligações C–Cl, cujos dipolos não se cancelam, resultando num momento de dipolo líquido grande. Já o clorofórmio (CHCl₃) tem três ligações C–Cl dispostas a 120° umas das outras, cujos dipolos quase se anulam mutuamente, deixando um dipolo molecular menor.