Explique o que é um dipolo elétrico. O dipolo elétrico pode ocorrer na natureza apenas em moléculas de água? Existem outros sistemas na natureza onde o momento dipolo pode ser encontrado?

Passo 1

O enunciado pergunta o que é um dipolo elétrico, se ele ocorre apenas em moléculas de água e se há outros sistemas naturais com momento de dipolo. Para responder vamos recorrer aos conceitos de eletrostática sobre separação de cargas e momento de dipolo.

Passo 2

Um dipolo elétrico é formado por duas cargas elétricas de sinais opostos, +q e -q, separadas por uma certa distância \vec d. O momento de dipolo elétrico é um vetor definido por
\vec p = q\,\vec d
onde a direção de \vec p vai da carga negativa para a positiva e o módulo é p = q\,d. Esse conceito é fundamental para entender como sistemas com distribuição de carga não uniforme interagem com campos elétricos externos.

Passo 3

A molécula de água \mathrm{H_2O} é um exemplo clássico de dipolo permanente porque os átomos de hidrogênio e oxigênio formam ligações polares e o arranjo angular faz com que o centro de cargas positivas fique deslocado em relação ao das negativas. Mas não é a única molécula com dipolo permanente:
A ligações polares em moléculas como HCl, NH _3, CO, HF, SO _2 e muitas outras também geram momentos de dipolo.

Passo 4

Além dos dipolos permanentes em moléculas:
  1. Em átomos ou moléculas não polares pode surgir um dipolo induzido quando aplicamos um campo elétrico externo; os centros de carga se separam temporariamente.
  2. Em materiais dielétricos (isolantes) sob tensão elétrica há realinhamento de muitos dipolos induzidos ou permanentes, o que reforça ou frustra o campo dentro do material.
  3. Em grande escala, fenômenos como nuvens de tempestade têm separação de carga no interior da nuvem, atuando como um dipolo elétrico gigante que pode levar a descargas (raios).
  4. Membranas celulares mantêm diferenças de potencial entre interior e exterior, gerando dipolos elétricos microscópicos que são cruciais em biologia celular.

Resposta

O dipolo elétrico é um par de cargas +q e -q separadas por \vec d, com momento \vec p=q\,\vec d. Ele não ocorre apenas em água: muitas moléculas (HCl, NH _3, CO, etc.) têm dipolos permanentes, e dipolos induzidos aparecem em átomos e dielétricos sob campos externos. Em escala macroscópica também vemos dipolos em nuvens de tempestade e em membranas biológicas.

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