Considere as seguintes moléculas:
(a) \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
(b) \mathrm{NH}_{3}
(c) \mathrm{CO}_{2}
(d) CeF
(e) \mathrm{CCl}_{4}
(i) Em que composto as ligações são mais polares?
(ii) Quais compostos da lista não são polares?
(iii) Qual átomo no CeF é carregado mais negativamente?

Passo 1

O enunciado dá a lista de moléculas:
\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}, \mathrm{NH}_{3}, \mathrm{CO}_{2}, \mathrm{CeF}, \mathrm{CCl}_{4}.
Pede três coisas:
  1. (i) Em qual composto as ligações são mais polares?
  2. (ii) Quais compostos da lista não são polares (moléculas apolares)?
  3. (iii) Em \mathrm{CeF}, qual átomo está carregado mais negativamente?

Passo 2

O que significa “ligação polar” e como decidimos qual é “mais polar”?
  • Uma ligação é polar quando os dois átomos têm eletronegatividades diferentes; o átomo mais eletronegativo atrai mais os elétrons compartilhados e fica com carga parcial negativa.
  • Uma medida prática é a diferença de eletronegatividade \Delta \chi entre os dois átomos envolvidos. Quanto maior \Delta \chi, mais polar (e, para \Delta \chi muito grande, mais caráter iônico).
  • Vou usar valores de eletronegatividade na escala de Pauling aproximados para os elementos envolvidos. Sempre que eu escrever um número, estou me referindo a esse valor de eletronegatividade.

Passo 3

Lista de eletronegatividades (valores de Pauling aproximados) que vou usar:
  • Hidrogênio: \chi(\mathrm{H}) = 2,20
  • Oxigênio: \chi(\mathrm{O}) = 3,44
  • Nitrogênio: \chi(\mathrm{N}) = 3,04
  • Carbono: \chi(\mathrm{C}) = 2,55
  • Cloro: \chi(\mathrm{Cl}) = 3,16
  • Flúor: \chi(\mathrm{F}) = 3,98
  • Cério (Ce): \chi(\mathrm{Ce}) \approx 1,12 (valor típico aproximado para lantânideos/actinídios; o exercício assumiu \mathrm{CeF} como formado por Ce e F)

Passo 4

Calculo as diferenças de eletronegatividade \Delta \chi para cada tipo de ligação relevante (sempre \Delta \chi = \chi(\text{mais eletronegativo}) - \chi(\text{menos eletronegativo})):
  • Para \mathrm{H}\!-\!\mathrm{O} em \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}:
    \Delta\chi(\mathrm{O-H}) = \chi(\mathrm{O}) - \chi(\mathrm{H}) = 3,44 - 2,20 = 1,24.
  • Para \mathrm{H}\!-\!\mathrm{N} em \mathrm{NH}_{3}:
    \Delta\chi(\mathrm{N-H}) = \chi(\mathrm{N}) - \chi(\mathrm{H}) = 3,04 - 2,20 = 0,84.
  • Para \mathrm{C}\!-\!\mathrm{O} (ligação dupla em \mathrm{CO}_{2}, mas a diferença de eletronegatividade importa para polaridade da ligação):
    \Delta\chi(\mathrm{C-O}) = \chi(\mathrm{O}) - \chi(\mathrm{C}) = 3,44 - 2,55 = 0,89.
  • Para \mathrm{Ce}\!-\!\mathrm{F} em \mathrm{CeF}:
    \Delta\chi(\mathrm{Ce-F}) = \chi(\mathrm{F}) - \chi(\mathrm{Ce}) = 3,98 - 1,12 = 2,86.
  • Para \mathrm{C}\!-\!\mathrm{Cl} em \mathrm{CCl}_{4}:
    \Delta\chi(\mathrm{C-Cl}) = \chi(\mathrm{Cl}) - \chi(\mathrm{C}) = 3,16 - 2,55 = 0,61.
Expliquei cada cálculo: peguei o valor da eletronegatividade do átomo mais eletronegativo e subtraí o do menos eletronegativo.

Passo 5

Interpretação dos \Delta \chi: quanto maior o número, mais polar é a ligação. Comparando os valores calculados:
  • \Delta\chi(\mathrm{Ce-F}) = 2,86 (bem grande)
  • \Delta\chi(\mathrm{O-H}) = 1,24
  • \Delta\chi(\mathrm{C-O}) = 0,89
  • \Delta\chi(\mathrm{N-H}) = 0,84
  • \Delta\chi(\mathrm{C-Cl}) = 0,61
Portanto, as ligações mais polares são as de \mathrm{Ce-F}. Isso significa que a ligação \mathrm{Ce-F} tem muito caráter iônico/parcial iônico, o flúor puxando fortemente os elétrons.

Passo 6

Agora vou decidir quais moléculas da lista são apolares (ou seja, dipolos das ligações se cancelam pela geometria):
  • \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}: geometria angular (curvada), duas ligações \mathrm{O-H} com grande \Delta\chi. Os vetores-dipolo não se cancelam porque a molécula não é linear; portanto \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} é polar.
  • \mathrm{NH}_{3}: geometria piramidal trigonal, três ligações \mathrm{N-H} formando um dipolo resultante apontando para o átomo de nitrogênio; não há cancelamento completo, então \mathrm{NH}_{3} é polar.
  • \mathrm{CO}_{2}: geometria linear com duas ligações \mathrm{C=O} em sentidos opostos e iguais; os dois vetores-dipolo têm mesma magnitude e sentidos opostos, cancelam-se exatamente. Logo \mathrm{CO}_{2} é apolar.
  • \mathrm{CeF}: diatômica heteronuclear (dois átomos diferentes). Uma ligação polar simples dá um dipolo não nulo; portanto \mathrm{CeF} é polar (na verdade muito polar/ionizada).
  • \mathrm{CCl}_{4}: geometria tetraédrica com quatro ligações \mathrm{C-Cl} idênticas distribuídas simetricamente; os vetores-dipolo se cancelam e a molécula é apolar.
Conclusão: as moléculas não polares da lista são \mathrm{CO}_{2} e \mathrm{CCl}_{4}.

Passo 7

Para a pergunta (iii) — em \mathrm{CeF}, qual átomo é mais negativamente carregado?
  • O flúor tem a maior eletronegatividade conhecida ( \chi(\mathrm{F}) = 3,98) e o cério tem eletronegatividade muito baixa ( \chi(\mathrm{Ce}) \approx 1,12).
  • Isso implica que o flúor atrai os elétrons da ligação para si, adquirindo uma carga parcial negativa ( \delta^-), enquanto o cério fica com carga parcial positiva ( \delta^+).
  • Portanto, em \mathrm{CeF} o átomo mais negativamente carregado é o flúor, \mathrm{F}. (Se quisesse quantificar, diríamos que a ligação tem forte caráter iônico devido à grande \Delta\chi.)

Resposta

(i) \mathrm{CeF}
(ii) \mathrm{CO}_{2} e \mathrm{CCl}_{4}
(iii) Em \mathrm{CeF}, o átomo \mathrm{F} é o mais negativamente carregado.

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