Preveja se cada uma das moléculas a seguir é polar ou apolar: (a) \mathrm{CCl}_{4}, (b) \mathrm{NH}_{3}, (c) \mathrm{SF}_{4}, (d) \mathrm{XeF}_{4}, (e) \mathrm{CH}_{3} \mathrm{Br}, \mathrm{GaH}_{3}.

Passo 1

O enunciado pede que se preveja se cada uma das moléculas listadas é polar ou apolar. As moléculas são:
(a) \mathrm{CCl}_{4}, (b) \mathrm{NH}_{3}, (c) \mathrm{SF}_{4}, (d) \mathrm{XeF}_{4}, (e) \mathrm{CH}_{3}\mathrm{Br}, (f) \mathrm{GaH}_{3}.
Informações implícitas que vamos usar (não foi dado nada além das fórmulas):
  • Cada fórmula indica os átomos presentes e quantos há de cada um.
  • Para decidir polaridade precisamos saber (i) se as ligações são polares (diferença de eletronegatividade) e (ii) se os vetores dipolo dessas ligações se cancelam pela geometria da molécula.

Passo 2

O que é polaridade molecular — ideia básica e como raciocinar na prova
  • Toda ligação entre dois átomos tem um dipolo elétrico se os átomos tiverem eletronegatividades diferentes: o átomo mais eletronegativo puxa mais a nuvem eletrônica, gerando uma extremidade parcialmente negativa e outra parcialmente positiva. Chamo isso de dipolo ligação.
  • A molécula será polar se a soma vetorial de todos os dipolos ligação não se anular; será apolar se esses dipolos se cancelarem exatamente por simetria.
  • Em resumo: polaridade = (ligação polar) + (geometria que não cancela dipolos) → molécula polar; se a geometria é simétrica e as ligações polares estão uniformemente dispostas → apolar.
Vou usar uma versão operacional no estilo “receita” para cada molécula:
  1. Identificar o átomo central e quantas ligações e pares isolados ele tem.
  2. Determinar a geometria (usar VSEPR: número de domínios eletrônicos = ligações ligantes + pares isolados).
  3. Ver se, pela geometria, os vetores dipolo se cancelam.
  4. Concluir polar/apolar.

Passo 3

Rápida explicação do modelo VSEPR (passo a passo prático)
  • Conte os elétrons de valência do átomo central apenas para encontrar pares ligantes e pares isolados, mas para decidir geometria basta o número de domínios eletrônicos.
  • Definição: número de domínios eletrônicos = número de ligações (cada ligação simples conta como 1 domínio) + número de pares isolados no átomo central.
  • Exemplos úteis (usuários comuns em provas):
    • 3 domínios sem pares isolados → geometria trigonal planar (ângulos 120^\circ).
    • 4 domínios sem pares isolados → tetraédrica (ângulos \approx 109{,}5^\circ).
    • 4 domínios com 1 par isolado → trigonal piramidal.
    • 5 domínios com 1 par isolado → geometria “see-saw” (bipiramidal trigonal com um par isolado equatorial).
    • 6 domínios com 2 pares isolados → geom. planar quadrada (square planar) se os pares isolados ficam opostos.
  • Regra prática de polaridade: simetria alta (tetraedro com 4 ligantes iguais, planar trigonal com 3 iguais, square planar com 4 iguais e pares isolados opostos) tende a cancelar dipolos; assim a molécula fica apolar mesmo que as ligações sejam polares.

Passo 4

Como julgar rapidamente se uma ligação é polar (no nível da prova, qualitativo)
  • Não precisa de cálculo: ligantes como \mathrm{F},\mathrm{Cl},\mathrm{Br} são mais eletronegativos que \mathrm{C},\mathrm{S},\mathrm{H}; \mathrm{N} é mais eletronegativo que \mathrm{H}. Portanto:
    • Ligações \mathrm{C}\!-\!\mathrm{Cl}, \mathrm{C}\!-\!\mathrm{Br}, \mathrm{C}\!-\!\mathrm{F} são polares (extremidade positiva no C).
    • Ligações \mathrm{N}\!-\!\mathrm{H} têm algum caráter polar (N é mais eletronegativo).
    • Ligações \mathrm{Ga}\!-\!\mathrm{H} e \mathrm{B}\!-\!\mathrm{H} são pouco polares, mas se todas são iguais elas se cancelam por simetria.
  • Então, ao ver \mathrm{CCl}_{4} já sabemos que cada ligação C–Cl é polar; o que importa é se a geometria cancela.

Passo 5

Análise da molécula (a) \mathrm{CCl}_{4}
  • Átomo central: \mathrm{C}. Carbono faz quatro ligações simples a quatro \mathrm{Cl}.
  • Número de domínios eletrônicos no C: 4 (quatro ligações), sem pares isolados no átomo central.
  • Geometria: tetraédrica (ângulos \approx 109{,}5^\circ) com quatro ligantes idênticos.
  • Cada ligação \mathrm{C}\!-\!\mathrm{Cl} é polar (Cl mais eletronegativo), mas os quatro vectores dipolo, dispostos tetraedricamente e com mesma intensidade, somam vetorialmente a zero por simetria.
  • Conclusão: molécula apolar.

Passo 6

Análise da molécula (b) \mathrm{NH}_{3}
  • Átomo central: \mathrm{N}. Nitrogênio tem 5 elétrons de valência; em \mathrm{NH}_{3} forma três ligações N–H e resta 1 par isolado no N.
  • Número de domínios eletrônicos no N: 4 (três ligações + um par isolado).
  • Geometria eletrônica: tetraédrica; geometria molecular (considerando apenas átomos) = trigonal piramidal (par isolado empurra as ligações).
  • As ligações N–H são polares com dipolo apontando para o N (N mais eletronegativo). O par isolado rompe a simetria: os três dipolos das ligações não se cancelam porque o arranjo é piramidal (não plano e não simétrico o suficiente).
  • Assim existe um dipolo resultante apontando do conjunto H’s para o N.
  • Conclusão: molécula polar.

Passo 7

Análise da molécula (c) \mathrm{SF}_{4}
  • Átomo central: \mathrm{S} (enxofre). Conta-se: S forma quatro ligações a F e tem 1 par isolado (S tem 6 elétrons de valência → usa 4 para ligações → sobra 2 elétrons = 1 par isolado).
  • Número de domínios eletrônicos: 5 (quatro ligações + um par isolado).
  • Geometria eletrônica de base: bipiramidal trigonal. Com um par isolado, a geometria molecular dos átomos é do tipo “see-saw” (balancim), onde o par isolado prefere posição equatorial.
  • As ligações S–F são fortemente polares (F é muito eletronegativo). A presença do par isolado numa posição equatorial torna a distribuição de dipolos assimétrica: alguns F ficam axiais, outros equatoriais, e o par isolado quebra a simetria que poderia levar ao cancelamento completo.
  • Portanto os vetores dipolo não se cancelam totalmente — sobra um dipolo resultante.
  • Conclusão: molécula polar.

Passo 8

Análise da molécula (d) \mathrm{XeF}_{4}
  • Átomo central: \mathrm{Xe} (xenônio). Xenônio em \mathrm{XeF}_{4} tem seis domínios eletrônicos: quatro ligações Xe–F e dois pares isolados.
  • Número de domínios eletrônicos: 6 (quatro ligações + dois pares isolados).
  • Geometria eletrônica: octaédrica. Com dois pares isolados que se posicionam em posições opostas (trans) para minimizar repulsão, a geometria molecular dos átomos fica como planar quadrada (square planar): os quatro F ocupam os vértices de um quadrado e os dois pares isolados ficam acima e abaixo desse plano.
  • Cada ligação Xe–F é polar, mas as quatro ligações equivalentes dispõem-se simetricamente no plano quadrado. Os vetores dipolo dos quatro Xe–F se cancelam por pares opostos.
  • Conclusão: molécula apolar.

Passo 9

Análise da molécula (e) \mathrm{CH}_{3}\mathrm{Br}
  • Estrutura: é um substituído tetraédrico do metano — átomo central \mathrm{C} ligado a três \mathrm{H} e a um \mathrm{Br}.
  • Número de domínios no C: 4 (quatro ligações), geometria molecular: tetraédrica, mas com substituintes não idênticos (três H iguais e um Br diferente).
  • As ligações C–H são praticamente apolares (ou muito pouco polares); a ligação C–Br é polar (Br mais eletronegativo que C), então há um dipolo líquido apontando para o Br. Porque a molécula não tem simetria que coloque um Br oposto ou anula esse dipolo, os dipolos não se cancelam.
  • Conclusão: molécula polar.

Passo 10

Análise da molécula (f) \mathrm{GaH}_{3}
  • Átomo central: \mathrm{Ga} (gálio). Gálio tem 3 elétrons de valência (grupo 13), em \mathrm{GaH}_{3} forma três ligações a H e normalmente não tem par isolado (análogo a \mathrm{BH}_{3}).
  • Número de domínios eletrônicos: 3 (três ligações, sem pares isolados) → geometria trigonal planar (ângulos 120^\circ).
  • As três ligações Ga–H são equivalentes e dispostas simetricamente ao redor do Ga; mesmo que cada ligação possa ter um leve caráter polar, os três vetores dipolo são idênticos e separados por 120^\circ, o que faz a soma vetorial ser zero.
  • Observação prática para provas: moléculas tipo AX_{3} com três ligantes idênticos e sem pares isolados são trigonal planares e apolares.
  • Conclusão: molécula apolar.

Passo 11

Resumo final do raciocínio e dicas rápidas para a prova
  • Rotina prática em 3 minutos por questão: (i) identificar átomo central, (ii) contar domínios (ligações + pares isolados), (iii) lembrar a geometria correspondente no VSEPR, (iv) verificar se os ligantes são todos iguais e simétricos. Se simétricos → provavelmente apolar; se assimétricos ou com pares isolados quebrando a simetria → provavelmente polar.
  • Sempre desenhe um esboço da geometria (mesmo simples) e imagine os vetores dipolo apontando para os átomos mais eletronegativos; isso ajuda a ver cancelamentos.

Resposta

(a) \mathrm{CCl}_{4}: apolar
(b) \mathrm{NH}_{3}: polar
(c) \mathrm{SF}_{4}: polar
(d) \mathrm{XeF}_{4}: apolar
(e) \mathrm{CH}_{3}\mathrm{Br}: polar
(f) \mathrm{GaH}_{3}: apolar

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