Polaridade

Teoria Completa

Nesse capítulo a gente vai dar uma revisada em polaridade de ligações covalentes e vai tentar entender um pouco porque as moléculas são polares ou apolares!

Se você já tá seguro nesse assunto, só passar pro próximo capítulo! Se você acha que essa revisão vai ser útil, vamos lá!

Eletronegatividade e as ligações covalentes polares

A gente já sabe que as ligações iônicas são aquelas formadas por um cátion e um ânion, onde um doa o elétron e o outro recebe, né? Mas vamos nos interessar agora nas ligações covalentes: aquelas feitas entre dois átomos que estão interessados não em doar, mas em compartilhar seus elétrons!

Esses átomos, que se ligam para se estabilizar, tem uma propriedade muito importante: a eletronegatividade. A eletronegatividade nada mais é do que a capacidade de um átomo de atrair pra si os elétrons de uma ligação!

Em uma molécula como o H 2 , onde os dois átomos são iguais, não temos diferença de eletronegatividade e os átomos dividem igualmente o par de elétrons que eles compartilham!

Mas, se a gente tem uma molécula como o H C l , onde o C l   é mais eletronegativo do que o H ,   os elétrons da ligação vão preferir ficar mais perto do C l do que do H ! É mais ou menos assim:

Onde o vermelho da imagem representa a densidade eletrônica!

Quando isso acontece, o átomo que fica com a densidade eletrônica mais alta – o mais eletronegativo – forma um pólo negativo. Enquanto o átomo menos eletronegativo forma um pólo positivo, já que ele fica “carente” de elétrons: por isso, a ligação é chamada de ligação covalente polar!

Esses pólos não tem uma carga efetiva, isso é, o elétron ainda é compartilhado entre os dois átomos, ele só passa a maior parte do tempo perto do C l , e não do H .   Por isso, essas cargas são chamadas cargas parciais, e são representadas pela letra δ !

Obs: A eletronegatividade dos elementos é um dado que a gente acha na tabela periódica! De um modo geral, os maiores valores de eletronegatividade estão do lado direito superior, sendo os átomos mais eletronegativos: F > O > N > C l …

Momento de dipolo elétrico ( μ )

Um dipolo elétrico é uma carga parcial positiva próxima de uma carga parcial negativa de mesmo valor: como o que acontece na ligação covalente polar!

Esses dipolos são representados por uma seta, que pode apontar tanto pra carga parcial positiva, quanto pra carga parcial negativa, dependendo da convenção que você escolher.

O momento de dipolo elétrico é uma medida do tamanho de um dipolo elétrico, e é representado por μ !

Sua unidade é o debye (D), mas o que realmente nos interessa é saber que ele é uma grandeza vetorial!

Polaridade das moléculas

Para a gente saber se uma molécula é polar ou apolar, basta a gente calcular seu momento de dipolo elétrico total!

μ t o t a l = ∑ i = 1 t o d a s   a s   l i g a ç õ e s μ i         ∴         S e   μ t o t a l = 0   : a   m o l é c u l a   é   a p o l a r ! μ t o t a l ≠ 0 : a   m o l é c u l a   é   p o l a r !

Parece fácil, né?

Aí que tá, nem tanto: como o momento dipolo elétrico é uma grandeza vetorial, não basta a gente sair somando valores, temos que fazer uma soma vetorial! Por isso, a gente tem que considerar a geometria molecular.

Por exemplo, as três moléculas aqui embaixo tem ligações covalentes polares que geram μ , porém, pela geometria molecular, elas são todas apolares, já que os vetores de momento dipolo elétrico se anulam...

Então, como a gente faz?

Não tem jeito, é um pouco decoreba essa tour toda de polaridade! Com o tempo, você começa a pegar quais as moléculas são polares e quais não são, a dica é fazer muiiiito exercício!

De qualquer jeito, tem algumas moléculas que já são meio batidas, então se liga nessas dicas:

  • Moléculas que tem todas as suas ligações covalentes apolares, serão apolares.
  • Moléculas simétricas serão apolares, já que os momentos dipolo vão se cancelar! Moléculas assimétricas serão polares 😊
  • Hidrocarbonetos são seeeempre apolares! Ex: C H 4 ,   C H 2 C H 2 etc. E moléculas simples com funções orgânicas são polares, como o etanol ou a acetona!
  • Algumas moléculas mais batidas pra você dar uma olhada:

Vamos praticar, para ficar craque nisso? 😊

Expandir

Exercício Resolvido #1

Lista de exercícios Química Geral– UDESC, professora Fabíola Corrêa Viel.

A molécula seguinte é a acroleína:

  1. Quais as ligações da molécula que são polares e quais as apolares?
  2. Qual a ligação mais polar da molécula? Que átomo está na ponta negativa do dipolo da ligação?

Dados:

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Passo 1

a) Para analisar se as ligações são polares ou apolares, podemos fazer a conta com a eletronegatividade, já que, se houver diferença de eletronegatividade entre os átomos, a ligação vai ser polar!

Mas, antes disso, podemos pensar que as ligações apolares são aquelas que envolvem dois átomos do mesmo tipo, né?

Ou seja: quando a gente tem um átomo ligado a outro igual a ele, a ligação é apolar, já que a eletronegatividade dos dois é igual!

Assim, já podemos definir que as ligações C - C e C = C são apolares 😊

Já tooodas as outras ligações, como há uma diferença de eletronegatividade entre os átomos (já que são átomos diferentes), vão ser polares!

Então, as ligações C - H e C = O são polares.

Passo 2

b) A ligação mais polar da molécula vai ser aquela em que a diferença de eletronegatividade entre os átomos é maior!

Vamos calcular a diferença de eletronegatividade das ligações!

Pra ligação C - H temos:

2,55 - 2,2 = 0,35

Já parea a ligação C = O :

3,44 - 2,55 = 0,89

Repara que sempre fazemos o maior menos o menor. Você pode fazer o contrário, mas aí vai dar uma resposta negativa, o que indica que “o vetor é no outro sentido”. Fazendo o meior menos o menor, a gente tá calculando meio que o módulo do vetor, valeu?

Observando os dados, podemos definir que vai ser a C = O a ligação mais polar.

Como o oxigênio é o átomo mais eletronegativo dessa ligação, ele vai puxar os elétrons da ligação para ele, o que faz com que ele tenha um “excesso” de elétrons, enquanto o carbono fica carente de elétrons.

Por isso, o oxigênio fica com uma carga parcial negativa – e se torna o polo negativo e o carbono fica com uma carga parcial positiva, e se torna o polo positivo.

Obs: O problema não é obrigado a te dar os valores de eletronegatividade! Como ela é uma propriedade periódica, se você tiver uma tabela periódica já consegue saber quem é mais e quem é menos eletronegativo 😊

Resposta

a) As ligações C - C e C = C são apolares e as ligações C - H e C = O são polares.

b) A ligação mais polar é a ligação C = O , onde o carbono é o polo positivo e o oxigênio o polo negativo.

Exercício Resolvido #2

Lista de exercícios PUC-RS.

O dióxido de carbono possui molécula apolar, apesar de suas ligações carbono-oxigênio serem polarizadas. A explicação para isso está associada ao fato de

a) a geometria da molécula ser linear.

b) as ligações ocorrerem entre ametais.

c) a molécula apresentar dipolo.

d) as ligações ocorrerem entre átomos de elementos diferentes.

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Passo 1

Vamos analisar letra por letra, mas antes disso, vamos ver o que acontece com a molécula do C O 2 .

O C O 2 tem duas ligações C = O , que são polares, já que o O é mais eletronegativo que o C . Isso cria uma carga parcial negativa em cada O e uma carga parcial positiva no C !   Mas, para saber se a molécula é polar ou não, precisamos observar sua geometria.

Como a geometria é linear, os dois momentos dipolos que se formam se anulam, já que eles são de mesma intensidade e direção, mas em sentidos opostos.

Por isso, o μ t o t a l é 0 e a molécula é apolar!

Ou seja, a resposta certa é a letra a, mas vamos analisar porque as outras estão erradas!

Passo 2

b) Existem diversas moléculas onde as ligações são entre ametais e as moléculas são polares. Por exemplo, o C H 3 C l ,   o C H 3 C O 2 H etc.

c) A molécula não é apolar porque apresenta dipolo, e sim porque seus dois vetores momento dipolo se anulam! Mas uma molécula pode ter um dipolo e ser polar ou apolar, a presença de dipolo não é o determinante, e sim como esses dipolos vão se distribuir pela molécula!

d) Existem moléculas que só possuem ligações entre átomos diferentes e são apolares, como o C C l 4 . O determinante é a geometria!

Resposta

Letra A.

Exercício Resolvido #3

Lista de exercício UFRS

As substâncias S O 2 e C O 2 apresentam moléculas que possuem ligações polarizadas. Sobre as moléculas destas substâncias é correto afirmar-se que:

a) ambas são polares, pois apresentam ligações polarizadas.

b) ambas são apolares, pois apresentam geometria linear.

c) apenas o C O 2 é apolar, pois apresenta geometria linear.

d) ambas são polares, pois apresentam geometria angular.

e) apenas o S O 2 é apolar, pois apresenta geometria linear.

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Passo 1

Para resolver esse exercício vamos tentar entender porque duas moléculas que se parecem tanto são tão diferentes!

O S O 2 tem geometria angular e o C O 2 geometria linear, graças ao átomo central.

Vamos por partes!

Em ambas as moléculas o átomo central está ligado a 2 átomos de oxigênio, né? Como são 3 átomos, o mais intuitivo é ajustá-los em geometria linear!

Pro C O 2 essa geometria funciona bem, mas o S O 2 tem um átomo central que, além de fazer duas ligações, tem um par de elétrons livres. Por isso, a geometria do S O 2 vai ser angular, e não linear!

Passo 2

Agora que a gente já analisou a geometria, temos que analisar se os vetores de momento dipolo se anulam ou não!

Todas as ligações são polares, já que o O é mais eletronegativo que o S e que o C ! Então, as cargas parciais vão ser sempre negativa no O e positiva no outro átomo.

No caso do C O 2 , seus dois vetores são de mesma intensidade e direção, mas estão em sentidos opostos. Por isso, o μ t o t a l = 0 e a molécula é apolar.

Já no caso do S O 2 , os vetores de momento dipolo não somam 0, e, por isso, a molécula é polar!

Passo 3

Resumindo, o S O 2 é polar pois tem uma geometria angular, que não zera seus vetores momento dipolo e o C O 2 é apolar pois, apesar de suas ligações serem polares, os vetores momento dipolo se anulam, graças à sua geometria linear!

A única opção que reúne essas informações é a letra C.

Resposta

Letra C.

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria.

À partir da tabela a seguir, determine quais das moléculas são polares. Justifique sua resposta à partir da geometria de cada molécula.

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Passo 1

Para saber qual das moléculas é polar é mole, né?

Só a gente olhar qual tem μ t o t a l ≠ 0 !

Olhando a tabela, concluímos que as moléculas polares são: H 2 O   e   N H 3 .

Para justificar a partir da geometria, precisamos analisar molécula por molécula!

O C O 2 e a H 2 O   são duas moléculas que tem um átomo central e dois átomos ligados a ele. Ainda assim, uma é polar e a outra apolar. Para entender a diferença, precisamos pensar no átomo central.

O C O 2 tem geometria linear porque seu átomo central não tem um par de elétrons livres que “empurra” as ligações pra baixo! Já no caso da água, o O tem dois pares de elétrons livres, o que faz com que a geometria da água seja angular 😊

Passo 2

O N H 3 tem uma geometria piramidal e as ligações N - H são polares. Como consequência, os 3 momentos dipolos criados não se anulam, e o momento dipolo resultante total é diferente de zero! Assim, a molécula é polar graças à sua geometria!

Passo 3

O C C l 4 é um carbono rodeado de C l s ! O C l é um dos átomos mais eletronegativos da tabela, e as 4 ligações vão ser polares, criando uma carga parcial negativa no C l e uma carga parcial positiva no C.

A geometria, porém, justifica porque a molécula é apolar:

A geometria do C C l 4 é tetraédrica, e a soma dos vetores momento dipolo é 0.

Resposta

A água e o N H 3 são polares pois tem μ t o t a l ≠ 0 , enquanto o C O 2   e   o   C C l 4 são apolares pois tem μ t o t a l = 0 .

  • A polaridade da água é resultado de sua geometria angular, que não anula os vetores momento dipolo quando a gente soma eles.
  • A apolaridade do C O 2 se explica por sua molécula ser linear (e os dois vetores momento dipolo tem a mesma intensidade e direção, mas sentidos opostos).
  • A geometria piramidal do N H 3 faz com que a soma dos vetores momento dipolo seja diferente de 0, e por isso a molécula é polar.
  • O C C l 4 tem geometria tetraédrica e a soma dos seus vetores momento dipolo dão 0!

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria.

Quando um átomo de carbono está ligado a 4 átomos, sua geometria é tetraédrica. Um exemplo é o C H 4 , representado abaixo.

A observação de duas moléculas diferentes, o C H 3 C l   e o C H 4 , apontou que a polaridade das duas moléculas é diferente. Explique qual delas é polar e qual é apolar e o motivo.

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Passo 1

Como o exercício já nos deu a geometria do carbono ligado a 4 átomos, então sabemos que ele será tetraédrico. Agora é só desenhar cada uma das moléculas, C H 3 C l   e C H 4 e desenhar os vetores de momento dipolo delas!

Lembrando que a ordem de eletronegatividade é:

C l > C > H

Passo 2

Vamos dar uma olhada na molécula de C H 3 C l . A gente pode representar ela assim:

Repara que a geomatria é tetraédrica. Como o C l é mais eletronegativo que o C , o C l vai ser o polo negativo dessa ligação. Já para as ligações C - H , o carbono é o polo negativo, porque o C é mais eletronegativo que o C l . Podemos representar assim:

SE todos os momentos dipolos fossem iguais, devido à geometria tetragonal, eles iam se anular. Mas, acontece que o momento da ligação C - C l é maior do que o das outras ligações. Então, se a gente somar esses 4 vetores, o momento dipolo resultante vai ser um vetor apontando na direção do C l .

Como tem momento polar resultante, a molécula é polar.

Passo 3

Chegou a hora do C H 4 .

Bom, agora cada ligação é beeeem pouquinho polar, porque existe uma diferença de eletronegatividade pequena entre C e H . Mas devido à simetria da molécula, no fim temos uma molécula apolar.

Resposta

A molécula de C H 3 C l   é polar por ter μ t o t a l ≠ 0 , enquanto   C H 4 possui μ t o t a l = 0 , sendo uma molécula apolar.

Exercício Resolvido #6

Lista de exercícios FCMSC-SP

Na escala de eletronegatividade, tem-se:

Esses dados permitem afirmar que, entre as substâncias a seguir, a mais polar é:

a)   O 2 ( g )

b) L i B r ( g )

c) N O ( g )

d) H B r ( g )  

e) L i 2 ( g )

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Passo 1

Para analisar a polaridade já sabemos que temos que analisar duas coisas, né? A polaridade das ligações e a geometria molecular!

Essas moléculas são todas de 2 átomos só, então elas vão ser todas lineares 😊

Para saber, então, qual é a mais polar, precisamos analisar a diferença de eletronegatividade entre os átomos, para saber em qual delas a carga parcial negativa no átomo mais eletronegativo vai ser maior!

Vamos analisando letra por letra:

Passo 2

a) O 2 ( g )

Como na molécula de O 2 ambos os átomos são iguais, não tem diferença de eletronegatividade. Não vai ser criado um dipolo, e nem cargas parciais nos átomos!

A molécula é apolar.

Passo 3

b) L i B r  

Nesse caso, como as duas moléculas são diferentes e tem eletronegatividades diferentes, precisamos calcular qual a diferença de eletronegatividade entre os dois átomos, para saber o quão polar a molécula vai ser!

∆ e l e t r o n e g a t i v i d a d e = e l e t r o n e g a t i v i d a d e B r - e l e t r o n e g a t i v i d a d e L i

∆ e l e t r o n e g a t i v i d a d e = 2,8 - 1 = 1,8

Vamos guardar essa informação porque podem ter outras moléculas polares!

Passo 4

c) N O

De novo, dois átomos diferentes, com eletronegatividades diferentes na geometria linear: molécula polar!

∆ e l e t r o n e g a t i v i d a d e = 3,5 - 3 = 0,5

Passo 5

d) H B r

Mesmo caso da letra c e d!

∆ e l e t r o n e g a t i v i d a d e = 2,8 - 2,1 = 0,7

Passo 6

e) O L i 2 é uma molécula formada por dois átomos iguais, assim como o O 2 ! Como os dois átomos são iguais, não há diferença de eletronegatividade e a molécula é apolar!

Passo 7

Recapitulando as diferenças de eletronegatividade:

a)   O 2 ( g ) : 0

b) L i B r ( g ) : 1,8

c) N O ( g ) : 0,5

d) H B r ( g ) : 0,7  

e) L i 2 ( g ) : 0

Então a molécula mais polar é o L i B r .

Resposta

Letra B

Exercício Resolvido #7

Lista de exercícios FGV-SP.

O conhecimento das estruturas das moléculas é um assunto bastante relevante, já que as formas das moléculas determinam propriedades das substâncias como odor, sabor, coloração e solubilidade. As figuras apresentam as estruturas das moléculas C O 2 ,   H 2 O ,   N H 3 ,   C H 4 ,   H 2 S   e   P H 3 .

As moléculas abaixo são polares ou apolares?

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Passo 1

Ok, vamos uma por uma!

A molécula de C O 2 tem geometria linear, como o problema bem mostra:

Sabemos que há uma diferença de eletronegatividade entre o C e o O, e que essas duas ligações serão polarizadas. Poréem, como os dois vetores de momento dipolar são de mesma intensidade e direção, mas de sentidos opostos, o somatório deles vai dar 0!

E por isso o C O 2 é apolar.

Passo 2

A H 2 O e o H 2 S são muiito parecidos! Os dois tem geometria angular e, por isso, são polares!

Como tem uma diferença de eletronegatividade entre os átomos de S e H e de O e H, as ligações são todas polares. Mas, quando somamos os vetores momento dipolo eles não se anulam, o que resulta em duas moléculas com μ t o t a l ≠ 0 , como você pode olha aqui embaixo.

Passo 3

Outras 2 moléculas que são super parecidas são o N H 3   e o P H 3 :

Ambas tem geometria piramidal e são polares, graças à diferença de eletronegatividade entre os átomos de N e H e de P e H.

Quando somamos os vetores de momento dipolo, podemos ver que eles não se anulam (e nem tem como, visto que os 3 vetores apontam para o átomo central de baixo pra cima e não tem nenhum vetor de cima pra baixo), como mostram as imagens:

As duas, portanto, são polares!

Passo 4

No caso do metano a soma de todos os momentos dipolos é nula já que essa molécula tem geometria tetraédrica.

Então o metano é apolar!

Resposta

C O 2 – Apolar

H 2 O – Polar

N H 3 – Polar

C H 4 – Apolar

S H 2 – Polar

P H 3 - Polar

Exercício Resolvido #8

Lista de exercícios Química Geral– UDESC, professora Fabíola Corrêa Viel.

O composto C 2 H 2 C l   pode existir em três formas. Alguma delas tem dipolo resultante? Em caso afirmativo, dê a direção do momento de dipolo.

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Passo 1

Para saber esse dado, temos que desenhar os vetores momento dipolo das 3 formas do composto.

As ligações C - H e C - C l são polares, já que existe uma diferença de eletronegatividade de ordem:

C l > C > H

Já as ligações C = C são apolares, já que os dois átomos possuem a mesma eletronegatividade.

Começando pela primeira forma...

Fica mais claro se você desenhar os vetores saindo do mesmo ponto. Os vermelhos se anulam entre si e os azuis se anulam entre si.

Portanto, o primeiro composto é apolar!

Passo 2

Para o segundo caso, temos os seguintes vetores de momento dipolo:

Nesse caso, analisando os vetores, podemos dizer que essa molécula vai ser polar!

Passo 3

Para a terceira molécula, vamos analisar de novo os vetores:

Aqui μ t o t a l ≠ 0 , já que todos os vetores apontam pra esquerda. As componentes verticais deles se anulam entre si, mas sobra um vetor resultante apontando pro lado!

Essa molécula também vai ser polar!

Resposta

Segunda e terceira molécula são polares, com momento resultante apontando para baixo e para a esquerda, respectivamente.

Exercício Resolvido #9

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 125-Exercício 3.23

Existem três dicloro-benzenos, C 6 H 4 C l 2 , que diferem entre si nas posições relativas dos átomos de cloro ligados ao anel benzeno.

a) Quais das três formas são polares?

b) Qual delas tem o maior momento de dipolo?

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Passo 1

a) Para analisar a polaridade das formas, temos que desenhar os vetores de momento dipolo!

Apesar das ligações C - H serem polarizadas, os vetores de momento dipolo que importam são os vetores de ligação C - C l , já que, pela geometria do carbono, os momentos C - H se anulam entre si!

  • 1 a forma:
  • Essa forma, então, vai ser polar!

  • 2 a forma:
  • Essa forma também será polar!

  • 3 a forma

Essa forma, portanto, vai ser apolar!

Passo 2

b) Essa questão dá para fazer por bom senso, mas você também pode desenhar os vetores, se não acreditar no bom senso ahahha

Como os dois vetores da forma 1 estão em duas direções mais próximas, a resultante desse vetor vai ser maior! No caso da forma 2, você consegue ver que os dois vetores estão quase em sentidos opostos, né? O que vai fazer com que a sua resultante seja menor.

Assim, a molécula mais polar é a 1!

Resposta

a) As formas 1 e 2 são polares.

b) A forma 1 é a mais polar.

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