Quais geometrias moleculares geram estruturas Apolares? Quais geram estruturas Polares? Obs. Considere que todos os átomos ligantes são iguais.
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Identificar quais geometrias moleculares geram moléculas apolares (sem momento dipolar resultante) e quais geram moléculas polares (com momento dipolar resultante).
- Considerar que todos os átomos ligantes são idênticos entre si.
Informações dadas e suposições que vamos usar:
- Existe um átomo central ligado a um certo número de ligantes idênticos.
- Não foram informados valores de eletronegatividade ou ligações diferentes — apenas que os ligantes são todos iguais.
- Não foi dito explicitamente se há pares isolados (lone pairs) no átomo central; porém algumas geometrias listadas implicam presença de pares isolados (por exemplo, geometria angular/bent surge de pares isolados). Vou considerar tanto geometria de ligação (posição dos átomos) quanto presença/ausência de pares isolados quando for relevante.
- O objetivo é dar uma lista prática e explicar por que cada geometria é polar ou apolar, de forma que seja aplicável em prova.
Passo 2
Conceito chave: momento dipolar e soma vetorial
- Cada ligação entre o átomo central e um ligante tem um momento dipolar de ligação, que é um vetor que aponta da região menos eletronegativa para a mais eletronegativa. Vou denotar o momento dipolar de uma ligação por
. - O momento dipolar total da molécula é a soma vetorial de todas as contribuições das ligações (e, se relevante, de pares isolados que também comportam separação de carga):
- Se
a molécula é apolar. Se a molécula é polar. - Em provas, a forma mais prática é: desenhar as direções das ligações (setas dos dipolos) e verificar se há simetria suficiente para que os vetores se cancelem.
Passo 3
Critério prático baseado em simetria (como aplicar rápido na prova)
- Se a geometria tem um alto grau de simetria que posiciona os ligantes de modo geometricamente equivalente em torno do centro (centro de inversão, plano ou eixos rotacionais que causem cancelamento), então, com ligantes idênticos, os vetores podem se anular e a molécula fica apolar.
- Se há uma assimetria (por exemplo, presença de um par isolado que cria um vetor não compensado, ou arranjo assimétrico das posições dos ligantes), então sobra um vetor resultante e a molécula é polar.
- Regra de bolso para a prova: geometria “completa e uniforme” ao redor do centro tende a ser apolar; geometria “desequilibrada” tende a ser polar.
Passo 4
Geometrias que dão moléculas apolares (com todos os ligantes idênticos) — explicação passo a passo e exemplos
-
Linear (2 ligantes, ângulo
). - Vetores: dois vetores iguais e opostos.
- Soma:
- Exemplo:
(apesar das ligações polares, a molécula é apolar).
-
Trigonal planar (3 ligantes, ângulo
). - Três vetores iguais separados por
se cancelam no plano. - Raciocínio: componente x e y somam zero por simetria.
- Exemplo:
.
- Três vetores iguais separados por
-
Tetraédrica (4 ligantes, ângulos
). - Quatro vetores igualmente espaçados no espaço tridimensional se cancelam.
- Exemplo:
, .
-
Trigonal bipiramidal (5 ligantes, posições: 3 equatoriais a
e 2 axiais a ). - Com todos os ligantes idênticos, o trio equatorial se cancela entre si e os dois axiais se cancelam mutuamente.
- Logo
. - Exemplo:
.
-
Octaédrica (6 ligantes, posições nas faces opostas).
- Vetores formam pares opostos; cada par cancela e o total é zero.
- Exemplo:
.
-
Quadrado planar (4 ligantes em um plano quadrado ao redor do centro).
- Vetores opostos se cancelam (dois pares de vetores opostos).
- Exemplo:
.
Observação: todas as formas acima assumem que os ligantes são idênticos e que não há pares isolados que mudem a geometria de posição dos átomos (ou seja, a geometria indicada é a geométrica molecular real).
Passo 5
Geometrias que geram moléculas polares (com todos os ligantes idênticos) — explicação passo a passo e exemplos
-
Angular / Bent (2 ligantes + pelo menos 1 par isolado, ângulo típico
ou dependendo do caso). - Dois vetores não ficam exatamente em linha oposta por causa do par isolado: não se cancelam.
- Resultado:
. - Exemplo:
(molécula polar).
-
Trigonal piramidal (3 ligantes + 1 par isolado).
- Três vetores direcionados aos vértices da base triangular não formam uma distribuição simétrica ao redor do centro por causa do par isolado voltado para cima; sobra componente resultante.
- Exemplo:
(polar).
-
Seesaw (tesoura) — derivada de
(4 ligantes + 1 par isolado) na geometria eletrônica trigonal bipiramidal. - Não tem simetria suficiente para cancelamento total dos vetores; resultado polar.
- Exemplo:
.
-
T-shaped (forma T) —
(3 ligantes + 2 pares isolados) em trigonal bipiramidal. - Vetores não se cancelam por falta de simetria completa; polar.
- Exemplo:
.
-
Quadrado piramidal —
(5 ligantes + 1 par isolado) derivada da octaédrica. - A presença do par isolado num dos vértices da estrutura octaédrica quebra a simetria e deixa um momento dipolar resultante.
- Exemplo:
.
-
Linear desigual / qualquer geometria com ligantes diferentes ou posições não equivalentes
- Mesmo geometrias que seriam apolares com ligantes iguais podem ficar polares se há diferenças entre os ligantes. (Mas no enunciado todos são iguais, então isso é só observação geral.)
Passo 6
Exemplos numéricos e soma vetorial simples (como fazer rápido na prova)
- CO2 (linear): duas setas iguais e opostas → soma zero. Escrever mentalmente:
- BF3 (trigonal planar): três vetores de módulo igual a
entre si. Por simetria:
(Para quem gosta, pode decompor em componentes e ver que as componentes
e
somam zero.)
- NH3 (trigonal piramidal): três vetores dirigidos para baixo em direção aos H formam uma componente resultante para baixo; o par isolado aponta para cima em termos de densidade eletrônica, mas não compensa os vetores de ligação, resultando em
.
Dica prática: desenhe setas com o mesmo comprimento para ligações iguais e some visualmente; se sobrar uma “seta” sobrando, é polar.
Passo 7
Resumo de como decidir rapidamente na prova (passo a passo prático)
- Identificar a geometria molecular (posição real dos átomos, não apenas a geometria eletrônica).
- Verificar se os ligantes são todos iguais (no enunciado são iguais).
- Desenhar vetores de dipolo para cada ligação (setas apontando para o átomo mais eletronegativo).
- Usar simetria: se você identificar pares opostos ou arranjos uniformes (120°, tetraédrico, octaédrico, etc.) que possam cancelar, diga apolar; caso contrário, polar.
- Lembre-se: pares isolados contam porque deslocam posições dos átomos e adicionam densidade eletrônica assimétrica — isso normalmente torna a molécula polar.
Passo 8
Lista final prática (para decorar/usar na prova)
- Geometrias que normalmente são apolares (com todos os ligantes idênticos): Linear (AX2), Trigonal planar (AX3), Tetraédrica (AX4), Trigonal bipiramidal (AX5), Octaédrica (AX6), Quadrado planar (AX4 em plano).
- Geometrias que normalmente são polares (com todos os ligantes idênticos): Angular/bent (AX2E, AX2E2, …), Trigonal piramidal (AX3E), Seesaw (AX4E), T-shaped (AX3E2), Quadrado piramidal (AX5E), e qualquer geometria assimétrica causada por pares isolados.
Resposta
Apolares: Linear (AX2), Trigonal planar (AX3), Tetraédrica (AX4), Trigonal bipiramidal (AX5), Octaédrica (AX6), Quadrado planar (AX4, quando planar).\nPolares: Angular / Bent (AX2E, AX2E2), Trigonal piramidal (AX3E), Seesaw (AX4E), T-shaped (AX3E2), Quadrado piramidal (AX5E)