Considere as afirmações a seguir a respeito da relação entre polaridade e geometria molecular de algumas substâncias.
I - A molécula do \mathrm{CO}_{2} apresenta geometria linear e não sofre deflexão num campo elétrico.
II - A geometria angular da molécula do ozônio contribui para seu caráter polar.
III - A estrutura piramidal da molécula do metano justifica a propriedade de ser um composto polar.
IV - A molécula da amônia apresenta caráter polar e estrutura planar.
Quais estão corretas?
a) Apenas I e II.
b) Apenas I e III.
c) Apenas II e IV.
d) Apenas III e IV.

Passo 1

Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede. O enunciado apresenta quatro afirmações sobre polaridade e geometria molecular:
  • I — A molécula do \mathrm{CO_2} apresenta geometria linear e não sofre deflexão num campo elétrico.
  • II — A geometria angular da molécula do ozônio contribui para seu caráter polar.
  • III — A estrutura piramidal da molécula do metano justifica a propriedade de ser um composto polar.
  • IV — A molécula da amônia apresenta caráter polar e estrutura planar.
O que o enunciado pede: identificar quais dessas afirmações são corretas, entre as alternativas:
a) Apenas I e II.
b) Apenas I e III.
c) Apenas II e IV.
d) Apenas III e IV.

Passo 2

Conceito básico: o que significa uma molécula ser polar?
  • Uma molécula é polar quando existe um momento de dipolo elétrico resultante diferente de zero. O momento de dipolo é vetorial; cada ligação polar tem um vetor associado (direção do desbalanço eletrônico, geralmente do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo) e o momento total é a soma vetorial desses vetores.
  • Se os vetores de ligação se cancelam por simetria, o momento resultante é zero e a molécula é apolar (não polar). Se não se cancelam, a molécula é polar.
  • Exemplo simples: duas cargas igual e opostas separadas formam um dipolo; em uma molécula com disposições simétricas (por exemplo um tetraedro simétrico com ligações iguais) os dipolos se cancelam.

Passo 3

Como a geometria influencia a polaridade (explicação didática)
  • Cada ligação X–Y tem um certo grau de polaridade dependendo das eletronegatividades. Representa-se por um vetor \vec{p} apontando em direção ao átomo mais eletronegativo.
  • A geometria molecular (ângulos e posição dos átomos) determina como esses vetores se somam. Vetores que apontam em sentidos opostos e têm módulos iguais se anulam.
  • Regra prática: moléculas com geometria linear, trigonal planar simétrica, tetrahédrica simétrica etc., quando todas as ligações são iguais, tendem a ser apolares porque há cancelamento vetorial. Geometrias assimétricas (por exemplo angular/bent, trigonal piramidal com lone pair) geralmente dão dipolo resultante diferente de zero.

Passo 4

Analisando a afirmação I — \mathrm{CO_2}
  • Estrutura eletrônica e geometria: o carbono central em \mathrm{CO_2} forma duas ligações duplas com oxigênios: O=C=O. Há duas regiões de ligação ao redor do carbono, dispostas em linha para minimizar repulsão entre pares eletrônicos. Logo a geometria é linear.
  • Dipolos das ligações: cada ligação C–O é polar (oxigênio é mais eletronegativo que carbono), então existe um vetor dipolo apontando de C para cada O. Como os dois vetores são iguais em módulo e apontam em sentidos opostos ao longo da mesma linha, eles se cancelam perfeitamente.
  • Consequência: momento de dipolo resultante é zero → molécula apolar.
  • Observação sobre “não sofre deflexão num campo elétrico”: em enunciados de prova, costuma-se afirmar que moléculas apolares não se defletem em campos elétricos uniformes porque não têm dipolo permanente para sofrer força direcional (podem ter dipolo induzido, mas isso é outro efeito). Aceitando essa convenção didática, a afirmação é considerada correta.
  • Conclusão para I: verdadeira.

Passo 5

Analisando a afirmação II — ozônio \mathrm{O_3}
  • Geometria: a molécula de ozônio tem um átomo central de oxigênio ligado a dois oxigênios; a estrutura real é melhor descrita por ressonância entre formas com uma ligação simples e outra dupla, mas a geometria média é angular (dobradiça), não linear.
  • Por que a geometria angular dá polaridade: os dois vetores dipolo das ligações O–O não estão dispostos em linha oposta perfeita; há um ângulo entre eles, então a soma vetorial não se anula totalmente. Assim fica um momento dipolar resultante diferente de zero.
  • Conclusão para II: verdadeira.

Passo 6

Analisando a afirmação III — metano \mathrm{CH_4}
  • Estrutura real: o metano tem quatro ligações C–H e a geometria é tetraédrica (não piramidal). Os quatro H estão dispostos simetricamente ao redor do C, formando um tetraedro regular.
  • Polaridade: cada ligação C–H é pouco polar, e devido à simetria tetraédrica os vetores dipolo se cancelam, resultando em molécula apolar.
  • A afirmação dizia que “a estrutura piramidal da molécula do metano justifica a propriedade de ser um composto polar.” Há dois erros aqui: (1) metano não é piramidal, é tetraédrica; (2) metano não é polar. Portanto a afirmação é falsa.
  • Conclusão para III: falsa.

Passo 7

Analisando a afirmação IV — amônia \mathrm{NH_3}
  • Estrutura: a amônia tem fórmula \mathrm{NH_3}. O nitrogênio possui três ligações N–H e um par eletrônico não ligante (lone pair). Pela disposição dos pares ligantes e do par isolado, a geometria molecular (a posição dos átomos de hidrogênio) é trigonal piramidal — ou seja, não é planar.
  • Polaridade: devido ao lone pair e à geometria assimétrica, os vetores dipolares das ligações N–H não se cancelam; há um momento de dipolo resultante apontando aproximadamente para o nitrogênio. Portanto a amônia é polar.
  • A afirmação IV afirmava: “a molécula da amônia apresenta caráter polar e estrutura planar.” A parte sobre ser polar é correta, mas a parte sobre ser planar é incorreta (ela é piramidal). Como a afirmação combina uma parte correta e uma incorreta, a afirmação inteira é considerada falsa.
  • Conclusão para IV: falsa.

Passo 8

Resumo das conclusões:
  • I: verdadeira.
  • II: verdadeira.
  • III: falsa.
  • IV: falsa.
Logo as afirmações corretas são I e II.

Resposta

a) Apenas I e II.