A molécula de água
é frequentemente citada como exemplo clássico de molécula polar. Analise as afirmações abaixo e responda:
a) Explique por que a ligação
é considerada covalente polar. Utilize o conceito de eletronegatividade em sua resposta.
b) A molécula de
possui geometria angular. Explique como essa geometria contribui para a polaridade da molécula.
c) Qual seria a geometria e a polaridade da molécula de
? Compare com a água e explique por que moléculas com ligações polares podem ser apolares.
a) Explique por que a ligação
b) A molécula de
c) Qual seria a geometria e a polaridade da molécula de
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado pede e as informações que vou usar (não vou resolver nada ainda).
-
O enunciado faz três perguntas separadas:
a) Por que a ligaçãoé considerada covalente polar (usar conceito de eletronegatividade)?
b) Como a geometria angular da molécula decontribui para a polaridade da molécula?
c) Qual a geometria e a polaridade da molécula de? Comparar com a água e explicar por que moléculas com ligações polares podem ser apolares. -
Informações relevantes que vou usar (valores típicos de eletronegatividade de Pauling, que peguei como referência comum):
-
-
Outros conceitos que serão úteis e que vou desenvolver passo a passo: definição de eletronegatividade, diferença de eletronegatividade e sua relação com polaridade de ligação; conceito de dipolo elétrico e vetor momento de dipolo
; VSEPR para prever geometria molecular; como a simetria espacial faz vetores de dipolo se cancelarem.
Passo 2
Primeiro, o que é eletronegatividade e como ela determina se uma ligação é polar.
- Eletronegatividade é uma medida (adimensional) da tendência de um átomo em atrair elétrons numa ligação química. Em química orgânica/inorgânica costuma-se usar a escala de Pauling.
- Quando dois átomos formam uma ligação covalente, se suas eletronegatividades forem iguais ou muito próximas, os elétrons da ligação ficam compartilhados de maneira quase igual → ligação covalente apolar. Se houver diferença significativa, os elétrons ficam mais próximos do átomo mais eletronegativo → ligação covalente polar (não se transferem totalmente os elétrons; isso seria uma ligação iônica).
- Como regra prática (apenas um guia):
-
→ ligação praticamente apolar covalente; -
→ ligação covalente polar; -
→ tendência a caráter iônico (não é uma divisão rígida, mas serve de referência).
-
Agora aplico isso à ligação
.
Passo 3
Cálculo e interpretação para a ligação
.
- Usando os valores típicos:
- Como
está bem dentro da faixa onde a ligação é considerada covalente polar, concluímos que a ligação é covalente polar. - Física-química por trás disso (explicação didática): o oxigênio atrai com mais força os elétrons compartilhados, ficando com uma carga parcial negativa que chamamos de
, enquanto o hidrogênio fica com uma carga parcial positiva . Escreve-se com frequência .
Passo 4
O que é momento dipolar e como representamos a polaridade de uma ligação.
- O momento dipolar de uma ligação é um vetor que representa separação de cargas parciais. Em termos simples, tem magnitude proporcional à quantidade de carga separada e à distância entre as cargas e direção do polo positivo para o polo negativo (na prática em química o “vetor” aponta para o átomo mais eletronegativo).
- Em termos simbólicos simples:
onde é a carga parcial e é o vetor que liga o centro da carga positiva ao centro da carga negativa. Unidade habitual: Debye, mas aqui o importante é o caráter vetorial. - Para cada ligação
existe um vetor dipolo apontando do hidrogênio (mais positivo) para o oxigênio (mais negativo).
Passo 5
Geometria da molécula
: VSEPR e consequência para polaridade.
- Regra VSEPR (explicada): os pares eletrônicos ao redor do átomo central se posicionam de modo a minimizar repulsões; pares ligantes e pares isolados (lone pairs) contam como regiões de densidade eletrônica.
- No
: o oxigênio central tem quatro regiões de densidade eletrônica: duas ligações e duas pares isolados. Isso dá geometria eletrônica tetraédrica, mas a geometria molecular (apenas considerando átomos) é angular (curvada, “bent”). - O ângulo de ligação aproximado na água é
. Esse valor é menor que o ângulo tetraédrico ideal porque os pares isolados exercem maior repulsão que pares ligantes e “apertam” o ângulo das ligações . - Agora, como isso afeta os vetores dipolares: imagine os dois vetores das ligações
de mesma magnitude separados por . Ao adicionar vetorialmente esses dois vetores, o resultado não é zero porque eles não são colineares opostos; há uma componente resultante em direção ao oxigênio. - Podemos escrever a soma vetorial simplificada (dois vetores iguais
com ângulo entre eles) e obter magnitude do dipolo total: Substituindo obtemos , logo . Em palavras: os dois dipolos parciais se somam formando um dipolo líquido apontando para o oxigênio. - Conclusão: a geometria angular impede o cancelamento dos dipolos de ligação, resultando em uma molécula polar com um momento dipolar líquido apontando para o lado do oxigênio.
Passo 6
Geometria e polaridade da molécula
; comparação com
.
- Estrutura e geometria: no
o carbono central faz duas ligações duplas com oxigênios, e há duas regiões de densidade ligante ao redor do carbono. Pela VSEPR isso leva a geometria eletrônica e molecular linear, com ângulo . - Cada ligação
é polar porque e , então indicando caráter covalente polar das ligações . - Entretanto, na geometria linear os dois vetores dipolares das ligações são de mesma magnitude e apontam em direções exatamente opostas (um para a direita, outro para a esquerda). Ao somá-los vetorialmente, eles se cancelam:
- Portanto a molécula
é apolar (momento dipolar líquido nulo), apesar de ter ligações polares. - Comparação com água: em
a falta de simetria linear (geometria angular) impede o cancelamento e gera dipolo líquido; em a simetria linear faz o cancelamento perfeito.
Passo 7
Regra geral e exemplos rápidos para fixar a ideia (como fazer na prova).
- Regra curta para provas: determine (i) se as ligações são polares (diferença de eletronegatividade) e (ii) a geometria molecular (VSEPR). Se os vetores dipolares de todas as ligações se somarem a zero por simetria, a molécula é apolar; caso contrário, é polar.
- Exemplos que ajudam a lembrar:
-
: ligações polares + geometria linear → apolar (cancelamento). -
: ligações polares + geometria angular → polar (não cancelam). -
: ligações polares mas geometria tetraédrica totalmente simétrica → apolar (vetores se cancelam). -
: ligações polares + geometria piramidal → polar (há dipolo resultante).
-
- Dica prática na prova: faça dois passos rápidos e visuais — calcule
para cada ligação (só para saber se há dipolo local) e desenhe a geometria com vetores de dipolo para verificar se somam zero ou não.
Resposta
a) A ligação
é covalente polar porque a diferença de eletronegatividade
faz com que os elétrons da ligação fiquem mais próximos do oxigênio, criando cargas parciais
e
.
b) A geometria angular de (ângulo
) impede o cancelamento vetorial dos dipolos das ligações
; os dois dipolos somam-se em uma resultante não nula apontando para o oxigênio, por isso a molécula é polar.
c) A molécula é linear (ângulo
) e apolar: cada ligação
é polar (
), mas os dipolos das duas ligações são iguais e opostos e se cancelam. Moléculas com ligações polares podem ser apolares quando a simetria geométrica faz com que os dipolos de ligação se anulem.
b) A geometria angular de
c) A molécula