Questão 9: Tendo como base a seção 4.4 do Vol. 3 do livro Física Básica de Moysés Nussenzveig que trata sobre dipolos elétricos:
Discuta sobre exemplos de dipolos na escala microscópica;
Discuta sobre exemplos de dipolos na escala microscópica;
Passo 1
O enunciado pede para discutirmos exemplos de dipolos elétricos na escala microscópica, com base na seção
do Vol.
de Física Básica (Nussenzveig). Esse tópico trata de como cargas separadas por uma distância microscópica criam um momento dipolar e como, em certos sistemas, isso ocorre de forma permanente ou induzida.
Passo 2
Antes de dar exemplos, vamos lembrar a definição de momento dipolar elétrico: para duas cargas de mesmo módulo e sinais opostos
e
separadas por um vetor
, o momento dipolar é
No nível microscópico distinguimos dois tipos principais de dipolos:
– Dipolos permanentes: moléculas ou agrupamentos que já apresentam separação de cargas em condições normais.
– Dipolos induzidos: sistemas inicialmente apolares que, quando submetidos a um campo elétrico externo, sofrem distorção de nuvem eletrônica e adquirem momento dipolar.
– Dipolos permanentes: moléculas ou agrupamentos que já apresentam separação de cargas em condições normais.
– Dipolos induzidos: sistemas inicialmente apolares que, quando submetidos a um campo elétrico externo, sofrem distorção de nuvem eletrônica e adquirem momento dipolar.
Passo 3
Exemplos de dipolos permanentes em escala molecular:
– Molécula de água ( ): o átomo de oxigênio é mais eletronegativo que os de hidrogênio, de modo que a nuvem eletrônica fica deslocada, gerando
.
– Moléculas diatômicas polares, como HCl ou CO: a diferença de eletronegatividade entre H e Cl (ou C e O) causa separação de carga ao longo da ligação.
– Moléculas com geometria assimétrica, como amônia ( ) ou clorofórmio (
), em que a forma piramidal (ou tetraédrica inclinada) impede o cancelamento dos momentos de ligação.
– Molécula de água (
– Moléculas diatômicas polares, como HCl ou CO: a diferença de eletronegatividade entre H e Cl (ou C e O) causa separação de carga ao longo da ligação.
– Moléculas com geometria assimétrica, como amônia (
Passo 4
Exemplos de dipolos induzidos em átomos e moléculas originalmente apolares:
– Gases nobres (He, Ne, Ar): em um campo elétrico externo , a nuvem eletrônica “desalinha” em relação ao núcleo, gerando um momento
– Gases nobres (He, Ne, Ar): em um campo elétrico externo
onde
é a polarizabilidade do átomo.
– Moléculas apolares como ,
ou
: apesar de simétricas, elas adquirem dipolo momentâneo quando sujeitas a um campo.
– Moléculas apolares como
Passo 5
Exemplos de dipolos em sólidos iônicos e materiais dielétricos:
– Pares iônicos em cristais (p.ex. NaCl): localmente, cada sítio Na –Cl
pode ser visto como um dipolo se houver distorção da rede ou defeitos.
– Dielétricos polares (p.ex. BaTiO , PVDF): unidades cristalinas ou grupos moleculares se realinham parcialmente sob
, produzindo polarização macroscópica.
– Pares iônicos em cristais (p.ex. NaCl): localmente, cada sítio Na
– Dielétricos polares (p.ex. BaTiO
Resposta
Em escala microscópica encontramos dipolos permanentes em moléculas polares (
O, HCl, N
etc.), dipolos induzidos em átomos e moléculas apolares submetidos a campo externo (gases nobres,
, C
) e pares iônicos ou grupos polares em sólidos e dielétricos (NaCl, BaTi
, polímeros ferroelectricos).