- Qual das seguintes moléculas se espera momento dipolar
? Desenhe as estruturas.
g)
Passo 1
O enunciado pede que se avalie se a molécula
tem momento dipolar igual a
e que se desenhe a estrutura. Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
- Fórmula:
. - Carga total:
. - Objetivos: (i) decidir se o momento dipolar é
; (ii) desenhar/representar a estrutura.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência e construção da estrutura de Lewis (passo-a-passo bem explicado).
- Nitrogênio (
) traz elétrons de valência. - Cada hidrogênio (
) traz elétron; há hidrogênios, total . - Como a espécie tem carga
, há que remover elétron do total.
Portanto o número total de elétrons de valência para distribuir é
Explicação simples: com
elétrons dá para formar quatro ligações
, cada ligação usando um par de elétrons.
Passo 3
Desenho da estrutura de Lewis e cálculo de cargas formais.
- Colocamos
no centro e ligamos quatro por ligações simples: cada ligação usa 2 elétrons; elétrons, fechando a contagem. - Não sobra par isolado em
; todos os elétrons estão em pares de ligação. - Cálculo da carga formal do nitrogênio usando a fórmula
onde
é os elétrons de valência originais do átomo.
Para :
Para
Para cada
:
Resultado: a estrutura de Lewis correta é
ligado a quatro
, sem pares isolados, com carga formal
localizada no nitrogênio — consistente com
.
Como desenhar (representação plana para a prova):
H
|
H - N - H
|
H
(Para prova, completar com indicação de carga na molécula:
. Em estruturas em 3D usa-se um H em traço cheio, um em traço pontilhado para indicar profundidade, etc., para mostrar geometria tetraédrica.)
H
|
H - N - H
|
H
(Para prova, completar com indicação de carga
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
(quatro pares ligantes, zero pares isolantes). - Com
domínios eletrônicos a geometria que minimiza repulsão é a tetraédrica, com ângulo de ligação aproximado . - Conclusão:
tem geometria tetraédrica (átomo central e quatro 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:
é mais eletronegativo que , então cada ligação tem um dipolo apontando do em direção ao (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
A soma desses vetores é
Isso mostra que quatro vetores iguais dispostos tetraedricamente se cancelam.
- Conclusão física: embora cada ligação
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:
também é tetraédrico e não polar (momento dipolar ) — por simetria. - Contraste com
: amônia tem três ligações mais um par isolado em ; 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:
tem geometria tetraédrica, todos os quatro 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 =
Estrutura: tetraédrica ( no centro,
ao redor; espécie
).
Estrutura: tetraédrica (