A molécula de fluoreto de hidrogênio, HF , tem comprimento de ligação de
e momento de dipolo de
. (a) Qual átomo da molécula é esperado ter uma carga negativa? Explique. (b) Calcule as cargas efetivas nos átomos de H e F em HF, em unidades de carga eletrônica e. (
)
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede (peguei todos os números do enunciado).
-
Dados:
- Comprimento de ligação:
. - Momento de dipolo:
. - Conversão:
. - Carga elementar:
. - Conversão de comprimento:
.
- Comprimento de ligação:
-
Perguntas:
- (a) Qual átomo da molécula HF é esperado ter carga negativa? Explique.
- (b) Calcular as cargas efetivas nos átomos H e F, em unidades da carga eletrônica
.
A resolução começa a seguir, passo a passo.
Passo 2
Entendendo qualitativamente quem fica negativo (resposta da parte conceitual).
- Em ligações covalentes entre átomos diferentes, o átomo com maior eletronegatividade atrai mais a nuvem eletrônica, ficando com carga parcial negativa.
- O flúor (
) é o elemento mais eletronegativo da tabela periódica e, portanto, na molécula atrai os elétrons com mais intensidade que o hidrogênio ( ). - Conclusão qualitativa: espera-se que
tenha carga parcial negativa e parcial positiva.
Passo 3
Modelo físico que vamos usar e a fórmula fundamental.
- Aproximação: modelar
como duas cargas pontuais de sinais opostos, em e em , separadas por distância . Isso é uma aproximação habitual para estimar cargas parciais a partir do momento de dipolo. - Definição de momento de dipolo (magnitude) no modelo de duas cargas pontuais:
onde
-
é o momento de dipolo (em ), -
é a magnitude da carga parcial (em ), -
é a separação entre as cargas (em ). - Daí:
- Depois converteremos
para unidades de carga elementar via .
Passo 4
Converter o momento de dipolo para SI (
).
- O enunciado deu
e . - Multiplicando:
(Arredondarei adequadamente nas etapas finais.)
Passo 5
Converter o comprimento de ligação para metros.
Passo 6
Calcular a carga parcial
em coulombs usando
.
- Substituindo:
- Fazer a divisão passo a passo:
- Dividir os mantissas:
- Subtrair expoentes:
.
- Dividir os mantissas:
- Portanto
- Arredondando razoavelmente (dados iniciais têm cerca de 2–3 algarismos significativos), podemos usar
para as etapas de conversão.
Passo 7
Converter
para unidades da carga elementar
.
- Usando
:
- Faça a razão:
-
- Multiplicando pelo fator
dá
-
- Assim
- Interpretação: a magnitude da carga parcial é aproximadamente
vezes a carga elemental.
Passo 8
Dar os sinais e concluir as cargas nos átomos.
- Pelo passo 2 concluímos que
é o átomo negativo; no nosso modelo a magnitude da carga parcial é . - Logo:
- Carga no hidrogênio:
. - Carga no flúor:
.
- Carga no hidrogênio:
Observações finais rápidas (aproximação): esse valor é uma estimativa baseada no modelo de duas cargas pontuais (momento dipolar total igual a
). Na realidade a distribuição eletrônica é contínua e efeitos quânticos existem, então o valor é uma carga parcial efetiva, não uma carga inteira.
Força final de incentivo: você já avançou muito só por entender o raciocínio do dipolo — ficou bem claro como transformar o momento em carga parcial. Vai dar certo na prova!
Resposta
(a)
(flúor) — por ser mais eletronegativo e atrair a densidade eletrônica.
(b)
(b)