A molécula de fosgênio é polar ou apolar? Justifique sua resposta.
Passo 1
O que o enunciado pede: determinar se a molécula de fosgênio é polar ou apolar e justificar por que.
Informações relevantes que vou usar (a partir da fórmula conhecida do fosgênio):
Informações relevantes que vou usar (a partir da fórmula conhecida do fosgênio):
- A fórmula da molécula é
(um átomo de carbono, um de oxigénio e dois de cloro). - Vou precisar do número de elétrons de valência e da distribuição eletrónica básica para montar a estrutura de Lewis.
- Vou usar conceitos de ligação polar (diferença de eletronegatividade) e geometria molecular (VSEPR) para ver se os dipolos das ligações se cancelam ou não.
Passo 2
Montagem da estrutura de Lewis passo a passo (contagem de elétrons e ligações).
- Elétrons de valência disponíveis:
- Carbono:
tem elétrons de valência. - Oxigénio:
tem elétrons de valência. - Cloro: cada
tem elétrons de valência, e há dois , então . - Total de elétrons de valência =
.
- Carbono:
- Monta-se a estrutura mais razoável: o carbono ao centro ligado ao oxigénio e aos dois cloros. Para satisfazer as regras do octeto e minimizar cargas formais, faz-se uma dupla ligação entre
e e ligações simples entre e cada . Isso consome: - Dupla ligação
: elétrons. - Duas ligações
: elétrons. - Total em ligações =
elétrons. Os restantes elétrons ficam como pares isolados nos átomos (na prática: com dois pares isolados; cada com três pares isolados).
- Dupla ligação
- Verificação rápida de cargas formais: com essa estrutura todos os átomos ficam com carga formal
, então é a estrutura correta razoável.
Passo 3
Determinar a geometria ao redor do átomo central (VSEPR) e ângulos aproximados.
- No carbono há três regiões de densidade eletrónica (uma dupla ligação
conta como uma região, mais duas ligações simples ). Então o arranjo eletrónico é de três regiões. - Para três regiões sem pares isolados no átomo central, a geometria é trigonal plana.
- Portanto os três ligantes (um
e dois ) ficam nos vértices de um triângulo plano com ângulos aproximados de entre ligações. Geometricamente podemos imaginar o oxigénio numa ponta e os dois cloros simetricamente nas outras duas pontas.
Passo 4
Entender as polaridades das ligações individuais (diferenças de eletronegatividade).
- Valores de eletronegatividade de Pauling (aproximados):
-
-
-
(estes números servem para comparar quão polar é cada ligação).
-
- Diferenças:
- Para
: . - Para
: .
- Para
- Conclusão: tanto
quanto são ligações polares; a ligação é mais polar que cada ligação (porque ).
Passo 5
Análise vetorial dos dipolos e soma vetorial (por que pode haver ou não cancelamento).
- Cada ligação polar pode ser representada por um vetor dipolo apontando do carbono para o átomo mais eletronegativo.
- Para
: vetor aponta de para (direção para o oxigénio). - Para cada
: vetor aponta de para .
- Para
- Na geometria trigonal plana com
em cima e os dois em baixo esquerdо e baixo direito, os dois vetores são simétricos em relação ao eixo . As componentes horizontais (lateral) desses dois vetores se cancelam entre si; as componentes verticais (ao longo do eixo C–O) somam-se. - Geometricamente o ângulo entre cada ligação
e o eixo é (porque os ângulos entre ligantes são ). Então a componente ao longo do eixo vertical de cada dipolo é . Como há duas dessas, a soma das componentes verticais das duas é , apontando para baixo (no sentido ). - A componente do dipolo
ao longo desse mesmo eixo é simplesmente , apontando para cima. - Logo o dipolo resultante ao longo do eixo vale, em módulo proporcional,
. - Usando que os momentos de ligação são qualitativamente proporcionais às diferenças de eletronegatividade obtidas antes:
-
-
Assimé maior que ( ), então .
-
- Conclusão prática: a soma vetorial não se zera; sobra um dipolo líquido apontando para o oxigénio. Portanto a molécula tem um momento dipolar não nulo e é polar.
- Observação experimental: o fosgênio tem momento dipolar experimental não nulo (ordem de
unidades de Debye, por exemplo ), o que confirma que é uma molécula polar.
Passo 6
Resumo conceitual rápido e exemplos que ajudam a memorizar
- Regra curta: se a geometria faz com que os vetores-dipolo das ligações iguais se cancelem e não haja um substituinte diferente, a molécula pode ser apolar (ex.:
é linear e apolar). Se houver simetria parcial mas um ligante diferente e mais eletronegativo que não é compensado, a molécula será polar (ex.: é angular e polar; aqui é plana trigonal assimétrica e polar). - Motivação para prova: sempre faça (1) estrutura de Lewis, (2) VSEPR para a geometria, (3) compare eletronegatividades e some vetores-dipolo. Se o resultado final for diferente de zero, a molécula é polar.
Resposta
Polar