Preveja se cada uma das moléculas a seguir é polar ou apolar: \mathrm{CH}_{3}, \mathrm{Br}, \mathrm{GaH}_{3}

Passo 1

O enunciado pede para prever se cada uma das espécies a seguir é polar ou apolar:
  • \mathrm{CH}_{3}
  • \mathrm{Br}
  • \mathrm{GaH}_{3}
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
  • As fórmulas químicas das três espécies são exatamente as listadas acima.
  • Não há figura nem carga explícita informada; portanto trataremos cada uma como a espécie neutra correspondente (ou, no caso de um único átomo, como átomo isolado).

Passo 2

O que significa uma molécula (ou espécie) ser polar ou apolar? Vamos revisar devagarinho.
  • Um dipolo elétrico numa ligação química é gerado quando dois átomos ligados têm diferentes eletronegatividades: o elétron compartilhado fica deslocado em direção ao átomo mais eletronegativo. Representa-se isso por um vetor dipolo \vec{p} apontando do centro positivo para o centro negativo (ou seja, do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo).
    • Aqui, \vec{p} é o vetor dipolo da ligação; sua direção é a direção do deslocamento de carga e seu módulo é proporcional à diferença de eletronegatividade e à distância entre cargas.
  • A polaridade total da molécula é a soma vetorial de todos os dipolos de ligação. Se a soma vetorial for zero ( \sum \vec{p} = \vec{0}), a molécula é apolar; se não for zero, é polar.
  • Então, para decidir polaridade precisamos de duas coisas:
    1. Saber se existem ligações polares (diferença de eletronegatividade).
    2. Saber a geometria da espécie (para ver se os vetores dipolo se cancelam por simetria).
Vou aplicar isso passo a passo para cada espécie.

Passo 3

Qual é a geometria do radical/neutro \mathrm{CH}_{3}?
  • Carbono tem 4 elétrons de valência; em \mathrm{CH}_{3} existe três ligações C–H e um elétron desemparelhado (radical) ou, pensando em grupos ligados, são três domínios eletrônicos ao redor do carbono. Isso leva a geometria trigonal planar (ângulos de aproximadamente 120^\circ) com hibridização \mathrm{sp}^{2}. Portanto os três H ficam distribuídos simetricamente ao redor do C em um plano.
  • As ligações C–H têm pequena diferença de eletronegatividade: eletronegatividade aproximada \chi_{\mathrm{C}}\approx 2{,}55, \chi_{\mathrm{H}}\approx 2{,}20. Há uma leve polaridade em cada ligação C–H (o H ligeiramente mais negativo), mas os três dipolos são iguais em módulo e estão dispostos a 120^\circ.
  • Pelo fato da simetria trigonal planar, os três vetores dipolo se cancelam. Mostrando matematicamente com vetores iguais de módulo p em ângulos 0^\circ,120^\circ,240^\circ:
\vec{p}_1+\vec{p}_2+\vec{p}_3 = p\big(\cos 0^\circ+\cos 120^\circ+\cos 240^\circ\big)\,\hat{\imath} + p\big(\sin 0^\circ+\sin 120^\circ+\sin 240^\circ\big)\,\hat{\jmath}.
Calculando as somas trigonométricas:
\cos 0^\circ+\cos 120^\circ+\cos 240^\circ = 1-\tfrac{1}{2}-\tfrac{1}{2}=0,
\sin 0^\circ+\sin 120^\circ+\sin 240^\circ = 0+\tfrac{\sqrt{3}}{2}-\tfrac{\sqrt{3}}{2}=0.
Logo \vec{p}_1+\vec{p}_2+\vec{p}_3=\vec{0}.
Conclusão para \mathrm{CH}_{3}: apesar de cada ligação ter pequena polaridade, pela geometria trigonal planar os dipolos se cancelam e a espécie é apolar.

Passo 4

  • \mathrm{Br} isolado é apenas um átomo de bromo neutro. Um átomo sozinho não tem ligações para gerar dipolos moleculares; não existe distribuição de ligações assimétrica a considerar.
  • Portanto a espécie atômica \mathrm{Br} é apolar (não existe momento dipolar molecular).

Passo 5

Vamos analisar \mathrm{GaH}_{3} de forma análoga a \mathrm{BH}_{3} ou \mathrm{AlH}_{3}.
  • Gálio em \mathrm{GaH}_{3} faz três ligações Ga–H e não tem pares isolados previstos para o centro (estamos tratando da espécie neutra monomérica). Isso dá também geometria trigonal planar (ângulos \approx 120^\circ), hibridização \mathrm{sp}^{2} no primeiro aproximação estrutural (em química inorgânica prática \mathrm{GaH}_3 é frequentemente descrito como trigonal planar).
  • Eletronegatividades aproximadas: \chi_{\mathrm{Ga}}\approx 1{,}81 e \chi_{\mathrm{H}}\approx 2{,}20. As ligações Ga–H são polares (o hidrogênio é mais eletronegativo que o gálio), então há dipolos individuais apontando de Ga para cada H. Mas, novamente, esses três dipolos iguais são dispostos simetricamente a 120^\circ e se cancelam por simetria (mesma soma vetorial que no passo anterior).
  • Mesmo com ligações polares, a geometria trigonal planar faz com que a soma vetorial seja zero: \sum \vec{p}=\vec{0}.
Conclusão para \mathrm{GaH}_{3}: ligações polares, mas arranjo trigonal planar simétrico ⇒ espécie apolar.

Passo 6

Resumo pedagógico rápido (para a prova):
  • Sempre pergunte: existem ligações polares? Qual a geometria do átomo central? A simetria faz os dipolos se cancelarem?
  • Trigonal planar com três ligações iguais é um caso clássico de cancelamento (apolar), mesmo que as ligações individuais sejam polares.
  • Átomo isolado (como \mathrm{Br}) não tem dipolo molecular.
Força aí — todas as três são apolares segundo a análise acima.

Resposta

\mathrm{CH}_{3}: apolar
\mathrm{Br}: apolar
\mathrm{GaH}_{3}: apolar

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