18.1 Imaginemos que uma molécula de
se aproxime de um ânion. Qual a orientação favorável da molécula? Calcule o campo elétrico (em volts por metro) que age sobre o ânion quando o dipolo da água estiver à distáncia de (a)
, (b)
(c) 30 nm do íon.
Passo 1
O enunciado pede a orientação favorável de uma molécula de água com dipolo
ao se aproximar de um ânion e, em seguida, o campo elétrico que esse dipolo gera sobre o ânion quando está a uma distância
de (a)
, (b)
e (c)
. Vamos usar a teoria do dipolo elétrico e a fórmula do campo no eixo de um dipolo.
Passo 2
Uma carga negativa (ânion) será atraída pela extremidade positiva do dipolo de água. Como o momento de dipolo
da água aponta do polo negativo (oxigênio) para o polo positivo (hidrogênios), a orientação favorável é com os hidrogênios virados para o ânion.
Passo 3
Converter o momento de dipolo para unidades SI.
Uma unidade de Debye equivale a .
Portanto,
Uma unidade de Debye equivale a
Portanto,
Passo 4
A fórmula do campo elétrico no eixo de um dipolo de momento
é
onde
e
.
Passo 5
Calcular o fator constante
Logo,
Agora, para cada caso:
a)
b)
c)
Resposta
Orientação favorável: hidrogênios apontados para o ânion.
(a)
(b)
(c)
(b)
(c)