1. Qual das seguintes moléculas se espera momento dipolar =0 ? Desenhe as estruturas.
g) \mathrm{NH}_{4}{ }^{+}

Passo 1

O enunciado pede que se avalie se a molécula \mathrm{NH}_{4}^{+} tem momento dipolar igual a 0 e que se desenhe a estrutura. Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
  • Fórmula: \mathrm{NH}_{4}^{+}.
  • Carga total: +1.
  • Objetivos: (i) decidir se o momento dipolar é 0; (ii) desenhar/representar a estrutura.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência e construção da estrutura de Lewis (passo-a-passo bem explicado).
  • Nitrogênio ( \mathrm{N}) traz \,5 elétrons de valência.
  • Cada hidrogênio ( \mathrm{H}) traz \,1 elétron; há \,4 hidrogênios, total \,4.
  • Como a espécie tem carga +1, há que remover 1 elétron do total.
    Portanto o número total de elétrons de valência para distribuir é
5 + 4\cdot 1 - 1 = 8.
Explicação simples: com 8 elétrons dá para formar quatro ligações \mathrm{N}\!-\!\mathrm{H}, cada ligação usando um par de elétrons.

Passo 3

Desenho da estrutura de Lewis e cálculo de cargas formais.
  • Colocamos \mathrm{N} no centro e ligamos quatro \mathrm{H} por ligações simples: cada ligação \mathrm{N}\!-\!\mathrm{H} usa 2 elétrons; 4\times2=8 elétrons, fechando a contagem.
  • Não sobra par isolado em \mathrm{N}; todos os elétrons estão em pares de ligação.
  • Cálculo da carga formal do nitrogênio usando a fórmula
\text{FC} = V - N_{\text{não-ligantes}} - \frac{N_{\text{ligantes}}}{2},ã
onde V é os elétrons de valência originais do átomo.
Para \mathrm{N}:
\text{FC}(\mathrm{N}) = 5 - 0 - \frac{8}{2} = 5 - 0 - 4 = +1.
Para cada \mathrm{H}:
\text{FC}(\mathrm{H}) = 1 - 0 - \frac{2}{2} = 0.
Resultado: a estrutura de Lewis correta é \mathrm{N} ligado a quatro \mathrm{H}, sem pares isolados, com carga formal +1 localizada no nitrogênio — consistente com \mathrm{NH}_{4}^{+}.
Como desenhar (representação plana para a prova):
H
|
H - N - H
|
H
(Para prova, completar com indicação de carga + na molécula: \mathrm{NH}_{4}^{+}. Em estruturas em 3D usa-se um H em traço cheio, um em traço pontilhado para indicar profundidade, etc., para mostrar geometria tetraédrica.)

Passo 4

Determinação da geometria molecular pelo VSEPR (explicação didática).
  • Regra-prática VSEPR: os pares de elétrons em torno do átomo central (pares ligantes e pares isolados) se arranjam para minimizar repulsões. O número de domínios eletrônicos relevantes aqui é 4 (quatro pares ligantes, zero pares isolantes).
  • Com 4 domínios eletrônicos a geometria que minimiza repulsão é a tetraédrica, com ângulo de ligação aproximado \,109{,}5^\circ.
  • Conclusão: \mathrm{NH}_{4}^{+} tem geometria tetraédrica (átomo \mathrm{N} central e quatro \mathrm{H} nos vértices de um tetraedro).

Passo 5

Conceito de momento dipolar e aplicação ao caso (explicação passo-a-passo).
  • Um momento dipolar molecular é o vetor soma dos momentos dipolares das ligações (cada ligação tem um vetor que aponta da parte menos eletronegativa para a mais eletronegativa).
  • Eletricidades: \mathrm{N} é mais eletronegativo que \mathrm{H}, então cada ligação \mathrm{N}\!-\!\mathrm{H} tem um dipolo apontando do \mathrm{H} em direção ao \mathrm{N} (ou seja, para o centro).
  • Importante: se temos quatro vetores iguais dispostos simetricamente em um tetraedro apontando para o centro, a soma vetorial deles é zero por simetria. Uma demonstração curta usando coordenadas (apenas para conferir) é atribuir vetores iguais apontando para os quatro vértices cujas coordenadas podem ser tomadas proporcionalmente a
(1,1,1),\quad (1,-1,-1),\quad (-1,1,-1),\quad (-1,-1,1).
A soma desses vetores é
(1+1-1-1,\;1-1+1-1,\;1-1-1+1) = (0,0,0).
Isso mostra que quatro vetores iguais dispostos tetraedricamente se cancelam.
  • Conclusão física: embora cada ligação \mathrm{N}\!-\!\mathrm{H} seja polar individualmente, o arranjo tetraédrico perfeitamente simétrico faz com que os vetores se cancelem e o momento dipolar total da molécula seja nulo.

Passo 6

Comparações úteis (para fixar a ideia).
  • Exemplo similar: \mathrm{CH}_4 também é tetraédrico e não polar (momento dipolar =0) — por simetria.
  • Contraste com \mathrm{NH}_3: amônia tem três ligações \mathrm{N}\!-\!\mathrm{H} mais um par isolado em \mathrm{N}; isso quebra a simetria e gera um momento dipolar diferente de zero. Assim, presença de pares isolados pode criar polaridade mesmo com ligações iguais.

Passo 7

Resumo final e incentivo rápido.
  • Resultado: \mathrm{NH}_{4}^{+} tem geometria tetraédrica, todos os quatro \mathrm{N}\!-\!\mathrm{H} equivalentes, e por simetria o momento dipolar total se anula.
  • Dica para a prova: sempre faça (i) estrutura de Lewis, (ii) conte domínios eletrônicos e aplique VSEPR para achar a geometria, (iii) analise se a geometria é simétrica o suficiente para cancelar dipolos. Isso resolve a maioria das perguntas de polaridade sem contas pesadas. Força aí — você consegue!

Resposta

Momento dipolar = 0
Estrutura: tetraédrica ( \mathrm{N} no centro, \,4\;\mathrm{H} ao redor; espécie \mathrm{NH}_{4}^{+}).

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