Indique se as seguintes moléculas são polares ou apolares? Justifique a sua resposta:
\mathrm{CF}_{4}

Passo 1

O enunciado pede que eu indique se a molécula \mathrm{CF}_{4} é polar ou apolar e que eu justifique a resposta.
Informações que o enunciado dá:
  • A molécula é \mathrm{CF}_{4} (um átomo de carbono ligado a quatro átomos de flúor).
    O que é pedido:
  • Determinar se \mathrm{CF}_{4} é polar (possui momento dipolar líquido diferente de zero) ou apolar (momento dipolar líquido igual a zero) e justificar.

Passo 2

O que significa “polar” ou “apolar” e como decidir numa prova.
  • Uma ligação entre dois átomos é polar quando há diferença de eletronegatividade: o átomo mais eletronegativo atrai mais a nuvem eletrônica, gerando um dipolo elétrico na ligação. Um dipolo de ligação pode ser representado por um vetor \vec{\mu}_{\text{lig}} apontando da carga parcial positiva para a carga parcial negativa.
  • O momento dipolar total da molécula é a soma vetorial dos dipolos de todas as ligações:
\vec{\mu}=\sum_{i}\vec{\mu}_{\text{lig},i}.
Se \vec{\mu}\neq\vec{0} a molécula é polar; se \vec{\mu}=\vec{0} é apolar.
Regra prática para a prova:
  1. Verificar se as ligações individuais são polares (diferença de eletronegatividade).
  2. Verificar a geometria da molécula: se a disposição espacial dos vetores-dipolo for simétrica, eles podem se cancelar e a molécula fica apolar mesmo tendo ligações polares.

Passo 3

As ligações C–F em \mathrm{CF}_{4} são polares? (cálculo rápido com eletronegatividades)
  • Valores de eletronegatividade (escala de Pauling), aproximados:
\chi_{\mathrm{C}}=2{,}55,\qquad \chi_{\mathrm{F}}=3{,}98.
  • A diferença é
\Delta\chi=\chi_{\mathrm{F}}-\chi_{\mathrm{C}}=3{,}98-2{,}55=1{,}43.
Como \Delta\chi é significativa, cada ligação \mathrm{C}\!-\!\mathrm{F} é polar: o flúor puxa elétrons, ficando com carga parcial negativa \delta^{-}, e o carbono com carga parcial positiva \delta^{+}. Portanto cada ligação tem um vetor dipolo apontando de \mathrm{C} para \mathrm{F}.

Passo 4

Geometria da molécula \mathrm{CF}_{4} (por que isso importa).
  • O carbono central está ligado a quatro pares de elétrons ligados (quatro ligações simples), sem pares isolados no C. Pelo modelo VSEPR isso produz uma geometria tetraédrica perfeita.
  • Em uma tetraedro regular, os quatro átomos ligados ficam dispostos de forma simétrica ao redor do átomo central, com ângulos de ligação aproximadamente \,109{,}5^\circ.

Passo 5

Por que a simetria tetraédrica faz os dipolos se cancelarem (intuição + demonstração simples por vetores).
  • Cada ligação C–F tem o mesmo módulo de dipolo (mesma diferença de eletronegatividade e mesma distância), e os quatro vetores têm direções iguais às direções C→F dos vértices do tetraedro.
  • Num tetraedro regular, os quatro vetores que vão do centro para os vértices são iguais em módulo e dispostos simetricamente de modo que sua soma vetorial é nula. Uma escolha conveniente de quatro vetores com soma zero é:
\vec{v}_1=(1,1,1),\quad \vec{v}_2=(1,-1,-1),\quad \vec{v}_3=(-1,1,-1),\quad \vec{v}_4=(-1,-1,1).
Somando-os:
\vec{v}_1+\vec{v}_2+\vec{v}_3+\vec{v}_4=(1+1-1-1,\;1-1+1-1,\;1-1-1+1)=(0,0,0).
  • Se cada dipolo de ligação tem mesmo módulo m e direção proporcional a esses vetores, a soma dos dipolos será m(\vec{v}_1+\vec{v}_2+\vec{v}_3+\vec{v}_4)=\vec{0}. Logo o momento dipolar total \vec{\mu} é zero.

Passo 6

Conclusão física e resposta didática para a prova.
  • Mesmo que cada ligação C–F seja polar (flúor mais eletronegativo que carbono), a geometria tetraédrica simétrica faz com que os quatro dipolos individuais se anulem por soma vetorial.
  • Assim, a molécula \mathrm{CF}_{4} não apresenta momento dipolar líquido: é apolar.
    Dica rápida para a prova: sempre faça (1) verificar polaridade das ligações e (2) verificar se a geometria é simétrica. Em casos com um átomo central e quatro ligantes idênticos (tetraédrico), o resultado será apolar.

Resposta

Apolar

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