Prediga a polaridade dos seguintes compostos:
\quad \mathrm{NH}_{3}

Passo 1

O que o enunciado pede: prever a polaridade da molécula \mathrm{NH}_{3}.
Informações dadas explicitamente: a fórmula química \mathrm{NH}_{3} (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).

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.
    • \chi_{\mathrm{N}} é a eletronegatividade do nitrogênio e vale aproximadamente \chi_{\mathrm{N}}=3{,}0.
    • \chi_{\mathrm{H}} é a eletronegatividade do hidrogênio e vale aproximadamente \chi_{\mathrm{H}}=2{,}1.
  • Diferença de eletronegatividade numa ligação: \Delta\chi=\chi_{\mathrm{átomo\\ mais\\ eletronegativo}}-\chi_{\mathrm{outro\\ átomo}}áá. 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 5 elétrons de valência. Cada hidrogênio (H) traz 1 elétron. Em \mathrm{NH}_{3} 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 3 pares ligantes +\;1 par isolado = 4 regiões de elétrons. Pela teoria VSEPR isso corresponde à geometria eletrônica tetraédrica e à geometria molecular trigonal piramidal (modelo AX _3E _1).
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 \mathrm{NH}_{3} 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: \Delta\chi=\chi_{\mathrm{N}}-\chi_{\mathrm{H}}=3{,}0-2{,}1=0{,}9.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 \vec{\mu}_{i} apontando para o nitrogênio. A soma vetorial total é \vec{\mu}=\sum_{i=1}^{3}\vec{\mu}_{i},onde \vec{\mu} é o momento dipolar total da molécula e \vec{\mu}_{i} 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 \vec{\mu} 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, \mathrm{NH}_{3} 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 \mathrm{NH}_{3} é aproximadamente \mu\approx 1{,}47\\ \mathrm{D},onde \mathrm{D} (Debye) é a unidade de momento dipolar, confirmando a polaridade.

Resposta

Polar

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