Uma molécula não pode ter um momento de dipolo permanente se possuir um centro de inversão (i) ou pertencer aos grupos pontuais D, T ou O. Baseado nesta informação, qual ou quais das seguintes espécies são polares?
Passo 1
O enunciado pede que eu diga se a espécie dada é polar ou não, usando a informação fornecida: uma molécula não pode ter momento de dipolo permanente se possuir um centro de inversão (
) ou pertencer aos grupos pontuais
,
ou
. A espécie fornecida é
. Informação útil que o enunciado não dá explicitamente e que vou usar: número de elétrons de valência dos átomos e a geometria eletrônica/molecular (que determina se os dipolos de ligação se cancelam).
Passo 2
Contagem de elétrons de valência e estrutura de Lewis (passo a passo pequeno e didático).
- Encontrei os elétrons de valência somando os de cada átomo: enxofre (
) tem elétrons de valência e cada flúor ( ) tem . Então o total é
- Para montar a estrutura de Lewis típica, coloco
no centro e duas ligações simples . Essas duas ligações consomem elétrons (cada ligação tem um par de elétrons). - Restam
elétrons, que distribuo como pares isolados: cada precisa de 3 pares (6 elétrons) para completar seu octeto, consumindo elétrons. Sobram elétrons, que ficam como 2 pares isolados no enxofre. - Assim, a estrutura de Lewis tem no enxofre duas ligações
e duas pares de elétrons não ligantes no . Em notação VSEPR isso é do tipo .
Passo 3
Aplicando VSEPR para obter a geometria molecular (aula rápida e prática).
- Regra básica do VSEPR: os pares de elétrons ao redor do átomo central (pares ligantes + pares isolados) repelem-se e se acomodam para minimizar repulsão. O arranjo geométrico dos quatro domínios eletrônicos é tetraédrico (geometria eletrônica).
- Quando há dois pares ligantes e dois pares isolados (
), a geometria molecular resultante é “angular” ou “dobrada” (bent), similar à de . - Conclusão:
tem geometria molecular dobrada (não é linear). O ângulo é menor que por causa da maior repulsão dos pares isolados (tipicamente algo ao redor de para moléculas análogas, mas o valor exato não é necessário aqui).
Passo 4
Como a geometria determina polaridade — ideia física e exemplo comparativo.
- Cada ligação
é polar porque é muito mais eletronegativa que ; portanto existem dois vetores de dipolo direcionados de para cada . - Se esses dois vetores fossem opostos e colineares (como em uma molécula linear com substituintes idênticos, por exemplo
), eles se cancelariam e a molécula seria apolar. - No caso de uma molécula dobrada (como
ou ), os dois vetores de dipolo formam um ângulo entre si (o complemento do ângulo da ligação). Para dois vetores iguais de magnitude separados por um ângulo , a magnitude do vetor resultante é
- Observações importantes deste fórmulo:
- Se
(molecula linear), então e (cancelamento perfeito). - Se
(geometria dobrada), então e : há um dipolo resultante não nulo, ou seja, a molécula é polar.
- Se
- Aplicando ao nosso caso:
é dobrada ( muito menor que ), logo os dipolos das ligações não se cancelam.
Passo 5
Análise pela simetria (por que a regra do enunciado é útil aqui).
- A presença de centro de inversão (
) ou pertença aos grupos , ou implica alta simetria que força o vetor dipolo total a ser nulo. Moléculas lineares simétricas como têm centro de inversão; moléculas com grupos pontuais do tipo típicos (ex.: , em certas configurações) também podem anular dipolos. - Para
a geometria dobrada resulta num grupo pontual do tipo (mesma classe de simetria que a água). Em particular, não tem centro de inversão e não pertence aos grupos , ou citados. Portanto não existe simetria que obrigue o dipolo a ser zero. - Conclusão pela simetria: nada impede a existência de um momento dipolar permanente em
.
Passo 6
Juntando tudo (síntese didática para a prova).
- Estrutura de Lewis mostrou
(2 ligações, 2 pares isolados) → geometria molecular dobrada. - Ligações
são polares e, por causa da geometria dobrada, seus dipolos não se cancelam. - Pela análise de simetria,
não tem centro de inversão nem pertence aos grupos , ou que garantiriam apolaridade. - Logo, a molécula tem momento de dipolo resultante diferente de zero — é polar.