Prediga a polaridade dos seguintes compostos:
Passo 1
O que o enunciado pede: prever a polaridade da molécula
.
Informações dadas explicitamente: a fórmula química (um átomo de nitrogênio ligado a três átomos de hidrogênio).
Objetivo nesta etapa: listar claramente o que precisamos decidir — se a molécula é polar ou apolar — e quais dados vamos precisar inferir (geometria molecular, existência de pares isolados, eletronegatividades).
Informações dadas explicitamente: a fórmula química
Objetivo nesta etapa: listar claramente o que precisamos decidir — se a molécula é polar ou apolar — e quais dados vamos precisar inferir (geometria molecular, existência de pares isolados, eletronegatividades).
Passo 2
Conceitos básicos que vamos usar (explicados passo a passo):
- Polaridade molecular vem da soma vetorial dos dipolos das ligações e da distribuição eletrônica da molécula. Um dipolo de ligação existe quando há diferença de eletronegatividade entre dois átomos, fazendo com que a nuvem eletrônica fique deslocada para o átomo mais eletronegativo.
- Eletronegatividade: representa a tendência de um átomo em atrair elétrons numa ligação covalente. Usaremos valores aproximados (escala de Pauling) para identificação qualitativa.
-
é a eletronegatividade do nitrogênio e vale aproximadamente . -
é a eletronegatividade do hidrogênio e vale aproximadamente .
-
- Diferença de eletronegatividade numa ligação:
. Valores distintos de zero indicam dipolo na ligação.
Passo 3
Determinar quantas ligações e pares de elétrons existem ao redor do nitrogênio (para usar VSEPR e definir geometria):
- Nitrogênio (N) tem
elétrons de valência. Cada hidrogênio (H) traz elétron. Em há três ligações N–H, consumindo três pares de elétrons compartilhados, e sobra um par de elétrons não ligante (par isolado) no nitrogênio. - Assim, ao redor do nitrogênio temos
pares ligantes par isolado = regiões de elétrons. Pela teoria VSEPR isso corresponde à geometria eletrônica tetraédrica e à geometria molecular trigonal piramidal (modelo AX E ).
Explicando VSEPR de forma simples: os pares de elétrons (ligantes e isolados) se posicionam para ficarem o mais distante possível uns dos outros; um par isolado ocupa mais espaço e empurra as ligações, produzindo a forma piramidal em
em vez de uma placa plana.
Passo 4
Analisar as ligações e sua contribuição para o dipolo:
- Calcular a diferença de eletronegatividade das ligações N–H:
Isso indica que cada ligação N–H é polar: o elétron é atraído um pouco mais para o N, então o dipolo individual aponta dos H para o N. - Representação vetorial: cada ligação N–H tem um vetor dipolar
apontando para o nitrogênio. A soma vetorial total é onde é o momento dipolar total da molécula e são os momentos das ligações. - Na geometria trigonal piramidal, os três vetores das ligações não se cancelam: eles têm componentes que não se anulam na direção do eixo que vai do plano dos H ao N (o eixo que aponta para o par isolado). Além disso, o par isolado concentra densidade eletrônica para o lado do N, reforçando o deslocamento de carga nessa direção. Portanto a soma vetorial
é diferente de zero e aponta do conjunto de H’s para o N (no sentido do par isolado).
Passo 5
Conclusão física e referência experimental:
- Pelo raciocínio acima,
possui ligações polares N–H dispostas de modo assimétrico (geometria trigonal piramidal com um par isolado), de modo que os dipolos não se cancelam. Logo a molécula tem um momento dipolar não nulo, isto é, é polar. - Para referência experimental, o momento dipolar de
é aproximadamente onde (Debye) é a unidade de momento dipolar, confirmando a polaridade.
Resposta
Polar