Julgue os itens: verdadeiro ou falso. Justifique a sua escolha.
A molécula de água é neutra. Logo, não pode haver força eletrostática entre duas moléculas de água.
A molécula de água é neutra. Logo, não pode haver força eletrostática entre duas moléculas de água.
Passo 1
O enunciado afirma: “A molécula de água é neutra. Logo, não pode haver força eletrostática entre duas moléculas de água.”
O que é pedido: julgar se essa afirmação é verdadeira ou falsa e justificar.
Informações relevantes dadas/implícitas:
O que é pedido: julgar se essa afirmação é verdadeira ou falsa e justificar.
Informações relevantes dadas/implícitas:
- A molécula de água é dita neutra (tem carga elétrica total zero).
- A pergunta relaciona neutralidade com impossibilidade de força eletrostática entre duas moléculas.
Passo 2
Entender o que “neutra” significa e o que “força eletrostática” pode depender.
- “Neutra” quer dizer que a soma das cargas na molécula é zero: a carga total líquida é
. Isso não diz nada sobre como as cargas estão distribuídas internamente. - Em muitas moléculas (como a água) as cargas não estão distribuídas de maneira uniforme: partes da molécula ficam com carga parcial positiva e outras com carga parcial negativa. Essas cargas parciais podem interagir com cargas (ou cargas parciais) de outra molécula.
Para descrever essa separação de cargas usamos o momento de dipolo. Definição simples:
onde
é uma carga parcial (módulo) e
é o vetor que vai da carga negativa para a positiva;
é o vetor momento de dipolo (unidades: Coulomb·metro). A água tem um momento de dipolo permanente (ou seja,
).
Passo 3
Campo elétrico criado por um dipolo e noção de interação entre dipolos (ideia física-chave).
- O campo elétrico (módulo) gerado por um dipolo pontual de momento
ao longo do eixo do dipolo, a uma distância (com grande comparado ao tamanho do dipolo), vale aproximadamente
onde
e
é a permissividade do vácuo. Note que esse campo decai como
(mais rápido que o campo de uma carga pontual, que decai como
).
- Um dipolo colocado num campo elétrico
tem energia potencial (se estiver orientado) dada por
Se o segundo dipolo ficar orientado de modo que essa energia seja negativa, haverá atração efetiva entre os dipolos.
Passo 4
Calcular a forma aproximada da energia e da força entre dois dipolos alinhados (etapa passo a passo).
- Suponha dois dipolos colineares e apontando no mesmo sentido: momentos
e , separados por distância grande comparada ao tamanho de cada dipolo. O campo do dipolo no ponto onde está (no eixo) é, como indicado,
- A energia potencial do dipolo
nesse campo, assumindo orientação favorável (colineares), é
- A força de atração/repulsão radial pode ser obtida por
Fazendo a derivada:
logo
O sinal negativo indica que, para a orientação considerada, a força é atrativa (aponta para diminuir
). O importante aqui é a escala com
: a interação entre dipolos colineares tem energia que escala como
e força que escala como
. Conclusão: dipolos permanentes geram forças eletrostáticas entre moléculas neutras.
Passo 5
Aplicação ao caso da água e exemplos físicos (colando a intuição).
- A molécula de água é eletricamente neutra no total, mas é polar: o átomo de oxigénio retém maior densidade eletrônica, ficando com carga parcial
), enquanto os hidrogênios ficam com carga parcial
); por isso existe um momento de dipolo permanente
. - Dois moléculas de água próximas podem se orientar de modo que regiões ) de uma sejam atraídas pela região ) da outra — isto é, há força eletrostática de natureza dipolar. Esse é o ingrediente físico do que chamamos ligação de hidrogénio (uma interação fortemente eletrostática parcialmente covalente) e também das forças dipolo‑dipolo.
- Mesmo moléculas neutras não polares podem se atrair por forças de dispersão de London (dipolos induzidos), que também são de origem elétrica (flutuações de carga que induzem dipolos instantâneos). Portanto neutralidade total não impede interações eletrostáticas.
Passo 6
Resumo e julgamento final (sem repetir literalmente a palavra pedida nesta seção):
A partir do exposto, a conclusão lógica é que o fato de uma molécula ser neutra não garante ausência de força eletrostática entre duas moléculas; distribuições de cargas internas (dipolos permanentes ou induzidos) geram campos e, consequentemente, forças entre moléculas. Portanto a afirmação dada é incorreta.
A partir do exposto, a conclusão lógica é que o fato de uma molécula ser neutra não garante ausência de força eletrostática entre duas moléculas; distribuições de cargas internas (dipolos permanentes ou induzidos) geram campos e, consequentemente, forças entre moléculas. Portanto a afirmação dada é incorreta.
Resposta
Falso.