A relação entre a molécula sua geometria é sua polaridade

Neste resumo, falaremos sobre Geometria Molecular e Polaridade. Para começar, é importante relembrar alguns conceitos.
Ligação covalente é o modo pelo qual os ametais, e também o hidrogênio, se unem e formam moléculas. Os átomos formadores das moléculas podem se agrupar em “formatos” distintos ou geometrias moleculares diferentes. Ao prever a geometria de uma molécula nós podemos deduzir algumas propriedades da substância em questão.

Como determinar a geometria de uma molécula?

Usamos a Teoria de Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência (VSEPR) que diz que, os pares de elétrons (cargas negativas) ao redor do elemento central de uma molécula devem estar a uma distância máxima para a molécula ficar estável.
Aqui os pares de elétrons serão chamados de nuvem eletrônica, pois devemos considerar os elétrons compartilhados das ligações simples, dupla, tripla ou covalente dativa, e também os pares de elétrons do átomo central que não estiverem ligados.
Dependendo de quantas nuvens eletrônicas o átomo central possuir, a molécula terá um determinado arranjo espacial. Se o átomo central não possuir par de elétrons não compartilhado o arranjo espacial será o mesmo que a geometria. No entanto, se o átomo central tiver elétrons não compartilhados a geometria será diferente do arranjo.
Na tabela a seguir temos alguns exemplos.

Caso uma molécula tenha apenas dois átomos a geometria será linear.
Note que colocamos moléculas com até 4 nuvens eletrônicas ao redor do átomo central, quando na realidade tem-se moléculas com 5 e 6 nuvens eletrônicas. No entanto, priorizamos os casos mais freqüentes em questões de vestibulares.

Polaridade

A polaridade de uma molécula está relacionada com a tendência dos átomos atraírem elétrons (eletronegatividade ou eletroafinidade) e com a geometria da molécula.
Podemos prever a eletronegatividade dos átomos de acordo com sua posição na tabela periódica, sendo o flúor o elemento mais eletronegativo. Em uma família a eletronegatividade aumenta de baixo para cima e no período da esquerda para a direita.

É muito útil saber a ordem de eletronegatividade dos elementos mais comuns (ordem decrescente):

F O N Cl Br I S C P H metais

Em moléculas biatômicas com dois átomos iguais, ambos os átomos atrairão igualmente os elétrons, então dizemos que a ligação é apolar.
Exemplo: H2, Cl2, Br2, etc.
Já para moléculas biatômicas com átomos diferentes, teremos uma diferença de eletronegatividade, logo teremos uma ligação polar.
Exemplos: HCl, HF, etc.
Nas demais moléculas, precisamos conhecer o momento dipolar, que representa a polarização da ligação covalente.
Caso a resultante do momento dipolar seja igual a zero, nós teremos uma molécula apolar, se for diferente de zero, teremos uma molécula polar.
Exemplos:

Sabendo-se a polaridade de uma molécula podemos prever sua solubilidade, pois sabemos que uma molécula polar tende a dissolver uma molécula polar e uma molécula apolar tende a dissolver uma molécula apolar.

Exercício de Aplicação

(Vunesp-2009) Considere os hidretos formados pelos elementos do segundo período da classificação periódica e as respectivas geométricas moleculares indicadas: BeH2(linear), BH3 (tri-geometrias), CH4(tetraédrica), NH3 (piramidal), H2O (angular) e HF (linear). Quais destas substâncias são mais solúveis em benzeno (C6H6)?
a) Amônia, água e ácido fluorídrico.
b) Hidreto de berílio, hidreto de boro e amônia.
c) Hidreto de berílio, hidreto de boro e metano.
d) Hidreto de boro, metano e fluoreto de hidrogênio.
e) Metano, amônia e água.
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A polaridade das moléculas, ou polaridade de íon-fórmula, é uma propriedade física determinante na compreensão da solubilidade de um material em outro ou na compreensão de como suas moléculas interagem (forças intermoleculares) umas com as outras.

De forma mais simples, determinar a polaridade de uma molécula é identificar se ela apresenta polos negativos e positivos (molécula polar) ou não (molécula apolar). Para isso, é necessário conhecer o tipo de ligação que forma a substância:

Ligação iônica

Toda substância que é originada por ligações iônicas automaticamente já é caracterizada como sendo polar. Isso porque sua formação provém da interação entre cátions e ânions, logo, apresenta polo positivo e negativo.

OBS.: Vale ressaltar que substâncias iônicas não são compostas por moléculas, mas, sim, por íons-fórmula.

Ligação covalente

Quando a substância é formada por ligações covalentes, podemos utilizar duas formas:

• Relação entre o número de nuvens eletrônicas no átomo central da molécula e os átomos (tipos de elementos) ligados a ele;

• Soma dos vetores momento dipolar presentes entre o átomo central e os átomos ligados a ele, levando em consideração a geometria molecular. Nesse caso, é fundamental conhecer a ordem decrescente de eletronegatividade, já que o vetor indica qual átomo está atraindo os elétrons da ligação com o outro.

Determinação da polaridade das moléculas a partir do número de nuvens e átomos iguais

a) Molécula polar:

Uma molécula é polar quando o número de nuvens eletrônicas no átomo central é diferente do número de átomos (do mesmo elemento químico) ligados a esse átomo.

Exemplos:

→ Molécula de água (H2O)

O oxigênio apresenta seis elétrons na camada de valência e utiliza esses elétrons em cada uma das ligações simples com os átomos de hidrogênio. Logo, sobram quatro elétrons não ligantes no oxigênio, os quais formam duas nuvens eletrônicas (par de elétrons).

Como a molécula de água apresenta no seu átomo central 4 nuvens eletrônicas e há 2 átomos do mesmo elemento (hidrogênio) ligados a ele, ela é polar.

→ Molécula de triclorometano (CHCl3)

O carbono apresenta quatro elétrons na camada de valência e utiliza esses elétrons em cada uma das ligações simples com os átomos de cloro e com o átomo de hidrogênio, não sobrando elétrons não ligantes no átomo central (carbono).

Como a molécula de triclorometano apresenta no seu átomo central 4 nuvens eletrônicas (4 ligações simples) e 3 átomos do mesmo elemento (cloro) ligados a ele, ela é polar.

b) Molécula apolar

Uma molécula é apolar quando o número de nuvens eletrônicas no átomo central é igual ao número de átomos (do mesmo elemento químico) ligados a esse átomo.

Exemplos:

→ Molécula de gás carbônico (CO2)

O carbono apresenta quatro elétrons na camada de valência e utiliza dois desses elétrons em cada uma das ligações duplas com os átomos de oxigênio, não sobrando elétrons não ligantes no átomo central (carbono).

Como a molécula de gás carbônico apresenta no seu átomo central 2 nuvens eletrônicas (2 ligações duplas) e 2 átomos do mesmo elemento (oxigênio) ligados a ele, ela é apolar.

→ Molécula de gás trióxido de enxofre (SO3)

O enxofre apresenta seis elétrons na camada de valência e utiliza dois desses elétrons na ligação dativa e na dupla com o oxigênio, não sobrando elétrons não ligantes no átomo central (oxigênio).

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Como a molécula de trióxido de enxofre apresenta no seu átomo central 3 nuvens eletrônicas (2 ligações dativas e uma ligação dupla) e 3 átomos do mesmo elemento (oxigênio) ligados a ele, ela é apolar.

Determinação da polaridade das moléculas pelo vetor momento dipolar

Podemos determinar a polaridade de uma molécula utilizando a soma dos vetores momento dipolar (μR). Um vetor momento dipolar é uma seta que indica para qual átomo os elétrons de uma ligação estão deslocando-se (eletronegatividade).

• Quando a soma vetorial é zero, molécula apolar.

μR= o

• Quando a soma vetorial é diferente de zero, molécula polar.

μR≠ O

Exemplos:

O HCl é uma molécula de geometria linear, e o átomo de cloro é mais eletronegativo que o átomo de hidrogênio, logo, os elétrons da ligação entre eles tendem a se aproximar do cloro, criando nele um polo negativo e, no hidrogênio, um polo positivo. Como temos somente um vetor na molécula linear, a soma vetorial é diferente de zero (μR ≠ O) e, por isso, a molécula é polar.

OBS.: Se a soma vetorial de uma molécula for igual a zero (μR = O), ela será apolar.

Veja mais exemplos:

→ Molécula de água

Na molécula de água, temos duas ligações entre o oxigênio e os hidrogênios. Como o oxigênio é mais eletronegativo que o hidrogênio, o vetor momento dipolar é direcionado para ele. Assim, temos dois vetores (setas azuis) na estrutura da água:

A geometria molecular da água é angular e, por isso, os vetores são posicionados na diagonal. Assim sendo, devemos fazer a decomposição desses dois vetores utilizando a regra do paralelogramo. Vamos formar um losango com os vetores, surgindo, assim, um único vetor resultante (seta vermelha) voltado para o átomo de oxigênio.

Temos somente um vetor na molécula de água, logo, a soma vetorial é diferente de zero (μR ≠ O) e, por isso, a molécula é polar.

→ Molécula de gás metano

Na molécula de metano, temos quatro ligações entre o carbono e os hidrogênios. Como o carbono é mais eletronegativo que o hidrogênio, o vetor momento dipolar é direcionado a ele. Assim, temos quatro vetores (setas azuis) na estrutura do metano:

A geometria molecular do metano é tetraédrica e, por isso, os vetores são posicionados na vertical (dois) e na horizontal (dois). Os vetores na vertical estão na mesma direção, mas em sentidos opostos, logo, eles se anulam. O mesmo ocorre com os vetores da horizontal (mesma direção e sentidos opostos). Assim, a soma vetorial é igual a zero (μR = O) e a molécula é apolar.

Qual a relação entre a geometria e a polaridade da molécula?

Como saber a polaridade pela geometria?

O que define a polaridade de uma molécula?

Qual a geometria molecular da molécula?