Indique se as seguintes moléculas são polares ou apolares? Justifique a sua resposta:
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Passo 1
O que o enunciado pede: determinar se a molécula
é polar ou apolar e justificar a resposta.
Informações relevantes que vamos usar (nenhuma informação adicional foi pedida ao usuário, portanto uso apenas conhecimento padrão de química):
Informações relevantes que vamos usar (nenhuma informação adicional foi pedida ao usuário, portanto uso apenas conhecimento padrão de química):
- Fórmula:
. - Valores típicos de eletronegatividade de Pauling (usados para avaliar polaridade de ligações):
e . - Regras de VSEPR para geometria molecular (contagem de pares de elétrons ao redor do átomo central).
Passo 2
Construção da estrutura de Lewis e contagem de domínios eletrônicos (passo a passo didático).
- Esqueleto: átomo central é o nitrogênio ligado a três cloros:
(três ligações simples). - Elétrons de valência:
tem 5 elétrons; cada tem 7 elétrons. Total = elétrons de valência. Distribuindo-os para formar três ligações N–Cl (cada ligação usa 2 elétrons) sobram elétrons para completar octetos. O nitrogênio terá um par não-ligante (lone pair) e cada cloro completa seu octeto. - Domínios eletrônicos ao redor do nitrogênio: três pares ligantes (cada N–Cl) + um par isolado = 4 domínios eletrônicos.
Passo 3
Determinar a geometria molecular com VSEPR (explicação prática).
- Regra VSEPR: domínios eletrônicos (pares ligantes + pares isolantes) se dispõem para minimizar repulsões.
- Com 4 domínios (
ligantes + lone pair) o arranjo eletrônico é tetraédrico, mas a geometria molecular (somente átomos) é trigonal piramidal. Em notação VSEPR isso é . - Consequência: os três átomos de Cl formam uma base triangular e o N fica no ápice; há assimetria causada pelo par isolado em N (o lone pair ocupa mais espaço e “empurra” as ligações).
Passo 4
Avaliar polaridade das ligações
usando eletronegatividade (aula rápida sobre dipolo de ligação).
- Definição prática: uma ligação é polar se os átomos têm eletronegatividades diferentes; o vetor dipolo de ligação aponta do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo (do pólo positivo parcial ao negativo parcial).
- Aqui
e . A diferença é pequena, mas é ligeiramente mais eletronegativo que . Portanto cada ligação é ligeiramente polar, com dipolo apontando de para . Denotemos a magnitude do dipolo de cada ligação por e o vetor por .
Passo 5
Somatório vetorial dos dipolos (explicação passo a passo como decidir se a molécula inteira tem dipolo resultante nulo ou não).
- Geometricamente, as três ligações
são idênticas e estão dispostas simetricamente ao redor do eixo que passa pelo N e pelo centro do triângulo formado pelos 3 Cl (eixo da pirâmide). - Cada dipolo ligado tem uma componente radial no plano da base e uma componente axial ao longo do eixo da pirâmide. As componentes radiais (no plano) das três
se cancelam por simetria (soma vetorial das partes horizontais é zero). As componentes axiais (paralelas ao eixo) se somam. - Escrevendo isso matematicamente: se a magnitude de cada dipolo de ligação é
e o ângulo entre a ligação e o eixo é , então a componente axial de cada dipolo é . A soma axial das três é
onde
é o vetor unitário ao longo do eixo. Como
e
são diferentes de zero, a soma não é zero.
- Além disso, o par isolado no nitrogênio cria uma distribuição de carga que também contribui para a polaridade (a densidade eletrônica do lone pair faz com que o centro de carga não coincida com a geometria simétrica). Em resumo: a presença do lone pair quebra a simetria total e impede o cancelamento completo dos dipolos de ligação.
Passo 6
Conclusão física e como memorizar/decidir rápido na prova (dica prática).
- Moléculas do tipo trigonal piramidal
com ligações polares são, em geral, polares (ex.: é polar). Comparando com um caso que cancela: se fosse trigonal planar simétrico ( , sem lone pair) como , os dipolos se cancelariam e a molécula seria apolar. - Aplicando isso a
: as ligações são (ligeiramente) polares em direção a e a geometria trigonal piramidal com um lone pair impede o cancelamento; portanto existe um momento dipolar resultante diferente de zero.