1-( 1,5 pontos)= Compare as moléculas
e
. a) Ambas possuem ligações polares, mas apenas uma delas * é uma molécula polar. Explique por que o
é apolar e o
é polar, relacionando com a geometria e o vetor dipolo resultante, b) Qual teoria auxilia na previsão dessas geometrias?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
a) Explicar por que a molécula é apolar enquanto a molécula
é polar, relacionando isso com a geometria de cada molécula e com o vetor dipolo resultante.
b) Informar qual teoria ajuda a prever essas geometrias.
a) Explicar por que a molécula
b) Informar qual teoria ajuda a prever essas geometrias.
Informações relevantes dadas (implícitas no enunciado e que usaremos):
- Ambas as moléculas têm ligações polares (há diferença de eletronegatividade entre os átomos).
- Precisamos relacionar polaridade com geometria molecular e com o vetor dipolo resultante (soma vetorial dos dipolos das ligações).
Passo 2
Conceito básico: o que é um dipolo de ligação e como representá‑lo.
- Uma ligação entre dois átomos de eletronegatividades diferentes tem distribuição de carga desigual; isso gera um dipolo elétrico na ligação. Esse dipolo é representado por um vetor
que aponta da carga parcial positiva para a carga parcial negativa (ou, em termos de eletronegatividade, do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo). - Em termos simples, a magnitude do dipolo de ligação pode ser pensada como proporcional à carga parcial
multiplicada pela distância entre cargas: . Aqui tem direção e sentido (vetor). - Exemplificando com valores de eletronegatividade (escala de Pauling):
, , . Logo, em e em existem dipolos apontando para o oxigênio.
Passo 3
Como decidir se a molécula é polar ou apolar usando vetores dipolo.
- A polaridade da molécula depende do vetor dipolo resultante
, que é a soma vetorial de todos os dipolos de ligação:
- Se
(soma vetorial zero), a molécula é apolar; se , a molécula é polar. - Portanto, além de saber se as ligações são polares, é essencial conhecer a geometria da molécula para ver se os dipolos se cancelam ou se somam.
Passo 4
Análise detalhada de
.
- Geometria: a molécula de
tem o carbono no centro ligado a duas oxigênios numa disposição linear: com ângulo de ligação . - Cada ligação
é polar, com o dipolo apontando de para (porque é mais eletronegativo). Denotando esses dipolos por e , eles têm mesma magnitude e sentidos opostos. - Soma vetorial: por simetria e por serem iguais e opostos, temos
- Usando a fórmula geométrica para duas ligações simétricas (com magnitude
e ângulo entre elas ):
Para
,
, então
, logo
.
- Conclusão para
: embora as ligações sejam polares, a geometria linear faz com que os dipolos se cancelem; por isso é apolar.
Passo 5
Análise detalhada de
.
- Geometria: a molécula de água tem o oxigênio no centro com duas ligações
e dois pares eletrônicos não ligantes (pares livres). A disposição eletrônica (contando pares de ligação + pares livres) dá uma geometria eletrônica do tipo tetraédrica; a geometria molecular observada é “angular” ou “dobrada” (bent) com ângulo de ligação experimental . - Cada ligação
é polar com dipolo apontando de para . Denotando cada dipolo por , eles têm a mesma magnitude mas não são colineares (formam o ângulo ). - Componentes vetoriais: as componentes perpendiculares ao eixo bissetor se cancelam (por simetria), mas as componentes ao longo do eixo bissetor somam. Usando a mesma fórmula acima,
Para
temos
e
. Assim
- Direção do dipolo resultante: aponta para o átomo de oxigênio, ao longo da bissetriz do ângulo
. - Papel dos pares isolados: os pares não ligantes ocupam mais espaço e repelem os pares de ligação, reduzindo o ângulo ligado (do tetraédrico ideal
para ), o que contribui para a forma angular e impede o cancelamento dos dipolos. - Conclusão para
: os dipolos de ligação não se cancelam devido à geometria dobrada; portanto é polar, com dipolo resultante voltado para o oxigênio.
Passo 6
Que teoria usamos para prever essas geometrias (resposta ao item b) e como ela funciona, de forma didática).
- A teoria que auxilia na previsão das geometrias é a teoria da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência, conhecida pela sigla VSEPR (do inglês Valence Shell Electron Pair Repulsion).
- Ideia central (explicação passo a passo): os pares eletrônicos em torno de um átomo central (pares de ligação e pares isolados) se dispõem de modo a minimizar a repulsão entre si; isso determina a geometria eletrônica. A partir da geometria eletrônica e do número de pares ligantes vs pares isolados deduz-se a forma molecular (por exemplo: se há 4 domínios eletrônicos e 2 são pares isolados, a forma molecular é “angular”).
- Aplicação rápida aos nossos casos:
-
: átomo central tem 2 domínios eletrônicos (duas ligações ), nenhum par isolado → geometria linear. -
: átomo central tem 4 domínios eletrônicos (2 ligantes + 2 pares isolados) → geometria eletrônica tetraédrica, forma molecular “dobrada” (bent) com ângulo reduzido por repulsões dos pares isolados.
-
Passo 7
Dica prática para prova (resumindo num passo curto e motivador).
- Procedimento rápido em prova: desenhe a geometria (ou determine por VSEPR), desenhe vetores dipolo em cada ligação apontando para o átomo mais eletronegativo, some vetorialmente (ou use a fórmula
para dois dipolos iguais), e conclua se o vetor resultante é zero ou não. Você consegue — respira fundo e faz passo a passo que dá certo!
Resposta
(a)
é apolar porque, apesar de as ligações
serem polares, a molécula é linear (
) e os dipolos das duas ligações têm mesma magnitude e sentidos opostos, somando vetorialmente para
.
é polar porque a molécula é dobrada (
) — devido a pares isolados no oxigênio — e os dipolos
não se cancelam; o dipolo resultante aponta para o oxigênio.
(b) A teoria é a VSEPR — teoria da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência (Valence Shell Electron Pair Repulsion).
(b) A teoria é a VSEPR — teoria da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência (Valence Shell Electron Pair Repulsion).