Investigue o valor do momento de dipolo elétrico para as moléculas de água, monóxido de carbono e ácido clorídrico. Como você justificaria os diferentes valores?
Passo 1
O enunciado pede para investigarmos o momento de dipolo elétrico de três moléculas (água, monóxido de carbono e ácido clorídrico) e justificar por que cada uma tem o valor obtido. O conteúdo envolvido é o de momento de dipolo molecular, que depende da diferença de eletronegatividade entre átomos, do comprimento de ligação e — no caso de moléculas poliatômicas — da geometria molecular.
Passo 2
O momento de dipolo
de uma molécula é definido como
onde
são as cargas parciais associadas a cada átomo e
é o vetor posição dessas cargas em relação a um ponto de referência. Na prática, para uma ligação AB pode-se aproximar
em que
é a carga parcial (em unidades de carga elementar
) e
é o comprimento da ligação (em ångströms, convertido para Debye).
Passo 3
Para a água (
) temos duas ligações O–H, cada uma polarizada porque a eletronegatividade do oxigênio (
) é bem maior que a do hidrogênio (
). O comprimento O–H é
,\AA e o
entre as duas ligações é
. Cada ligação contribui com um dipolo de cerca de
,\mathrm{D}, e a soma vetorial dá
Esse valor elevado reflete tanto a grande diferença de eletronegatividade quanto a geometria angular, que impede o cancelamento dos dipolos O–H.
Passo 4
No ácido clorídrico (
) há apenas uma ligação H–Cl. A eletronegatividade do cloro (
) é maior que a do hidrogênio (
), e o comprimento da ligação é
,\AA. Estimando-se a carga parcial
, obtemos
Esse valor é moderado porque, embora exista boa polarização da ligação, só há uma única contribuição que não se soma a nenhuma outra.
Passo 5
No monóxido de carbono (
) temos uma ligação C
O relativamente curta (
,\AA) e uma diferença de eletronegatividade moderada (
,
). Experimentos mostram um momento de dipolo muito pequeno,
e surpreendentemente o carbono fica com excesso de densidade eletrônica (dipolo apontando de O para C). A carga parcial efetiva
é muito pequena (
), o que explica a magnitude reduzida de
.
Passo 6
Comparando os três casos vemos que
– Água: dois dipolos fortes em geometria angular (máxima soma vetorial) maior
.
– HCl: um único dipolo de magnitude intermediária moderado.
– CO: dipolo único de magnitude muito pequena devido a baixa carga parcial pequeno.
– Água: dois dipolos fortes em geometria angular (máxima soma vetorial)
– HCl: um único dipolo de magnitude intermediária
– CO: dipolo único de magnitude muito pequena devido a baixa carga parcial
Resposta
Água (
):
,D
Ácido clorídrico ( ):
,D
Monóxido de carbono ( ):
,D
Ácido clorídrico (
Monóxido de carbono (
Justificativa: diferenças de eletronegatividade, comprimento de ligação e, no caso da água, soma vetorial de dois dipolos impedindo cancelamento.