As atividades sobre polaridade das moléculas com gabarito ajudam a compreender como a distribuição de elétrons e a geometria espacial determinam se uma substância apresenta polos elétricos. Para resolver as questões corretamente, não basta observar as ligações isoladas: é necessário considerar a forma completa da molécula e somar seus dipolos.
A polaridade molecular é um tema importante no ensino médio porque explica propriedades como solubilidade, pontos de ebulição e interações entre substâncias. Ela também aparece em questões de vestibulares e do ENEM, geralmente associada a situações cotidianas, como a mistura entre água e óleo.
Entendendo a polaridade molecular
Uma ligação covalente ocorre quando átomos compartilham elétrons. Se os átomos possuem eletronegatividades diferentes, o compartilhamento não é igual: o átomo mais eletronegativo atrai mais intensamente o par eletrônico. Forma-se, então, uma ligação polar, com uma região parcialmente negativa, indicada por δ−, e outra parcialmente positiva, indicada por δ+.
A eletronegatividade é a capacidade de um átomo atrair elétrons em uma ligação. Na tabela periódica, ela tende a aumentar da esquerda para a direita e de baixo para cima. O flúor é o elemento mais eletronegativo. Assim, em uma ligação H–F, os elétrons ficam mais próximos do flúor, que apresenta carga parcial negativa.
Entretanto, uma molécula pode ter ligações polares e ainda ser apolar. Isso acontece quando os dipolos das ligações possuem mesma intensidade e se anulam devido à disposição simétrica dos átomos no espaço. Portanto, polaridade de ligação e polaridade da molécula são ideias relacionadas, mas não idênticas.
Regra central: a polaridade da molécula depende da soma vetorial dos dipolos das ligações. Se a soma for diferente de zero, a molécula é polar; se os dipolos se anularem, ela é apolar.
Como identificar uma molécula polar ou apolar
Uma estratégia segura envolve observar a fórmula estrutural, reconhecer as ligações e determinar a geometria molecular. O modelo de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência, conhecido pela sigla VSEPR, permite prever essa geometria. Pares de elétrons não ligantes no átomo central também precisam ser considerados, pois alteram a forma da molécula.
- Identifique o átomo central, que em geral é o menos eletronegativo, exceto o hidrogênio.
- Verifique se existem ligações entre átomos de eletronegatividades diferentes.
- Determine a geometria espacial da molécula, considerando ligações e pares de elétrons livres.
- Analise a simetria e o sentido dos dipolos de cada ligação.
- Conclua se há ou não um dipolo resultante.
Moléculas diatômicas formadas por átomos iguais, como H2, N2 e Cl2, são apolares, pois não há diferença de eletronegatividade. Já moléculas diatômicas heteronucleares, como HCl e CO, apresentam dipolo e são polares.
Em moléculas maiores, a análise é espacial. O dióxido de carbono, CO2, possui duas ligações C=O polares, mas apresenta geometria linear. Como os dipolos têm mesma intensidade e sentidos opostos, o resultado é zero: a molécula é apolar. A água, H2O, tem ligações O–H polares e geometria angular; seus dipolos não se anulam, tornando-a polar.
Geometria e simetria: o ponto decisivo
A simetria é especialmente útil para analisar moléculas que têm átomos periféricos iguais. Uma molécula linear, trigonal plana ou tetraédrica pode ser apolar quando os dipolos se distribuem de modo perfeitamente simétrico. Porém, a presença de átomos diferentes ou de pares não ligantes pode romper essa simetria.
| Molécula | Geometria molecular | Polaridade | Justificativa |
|---|---|---|---|
| CO2 | Linear | Apolar | Os dois dipolos C=O se anulam. |
| H2O | Angular | Polar | Os dipolos O–H não se anulam. |
| BF3 | Trigonal plana | Apolar | Três dipolos iguais, distribuídos simetricamente. |
| NH3 | Piramidal trigonal | Polar | O par eletrônico livre impede o cancelamento total. |
| CCl4 | Tetraédrica | Apolar | Quatro ligações iguais em arranjo simétrico. |
Não é adequado concluir que toda molécula com um elemento muito eletronegativo seja polar. O tetracloreto de carbono, por exemplo, tem quatro ligações C–Cl polares, mas sua forma tetraédrica simétrica anula os dipolos. Sempre avalie a molécula inteira.
Atividades sobre polaridade das moléculas
Resolva as questões antes de consultar o gabarito. Ao justificar, mencione tanto a diferença de eletronegatividade quanto a geometria molecular, quando ela for necessária para a conclusão.
- Classifique as moléculas HCl, Cl2 e HF como polares ou apolares. Explique brevemente cada caso.
- O CO2 possui ligações polares. Por que, mesmo assim, a molécula é classificada como apolar?
- A água e o dióxido de carbono possuem oxigênio em sua composição. Compare as geometrias de H2O e CO2 e relacione-as com suas polaridades.
- Indique qual das moléculas a seguir é polar: BF3, CH4, NH3 ou CCl4. Justifique.
- Analise a afirmação: “Se todas as ligações de uma molécula forem polares, a molécula obrigatoriamente será polar.” Ela está correta? Apresente um contraexemplo.
- O metano, CH4, apresenta geometria tetraédrica. Explique por que é apolar, embora cada ligação C–H tenha pequena diferença de eletronegatividade.
- Uma substância X dissolve-se bem em água, enquanto uma substância Y é semelhante ao óleo e não se mistura com água. Considerando apenas a regra geral de solubilidade, qual delas tende a ser polar? Explique.
- Compare NH3 e BF3. As duas têm três átomos ligados ao átomo central, mas apresentam polaridades diferentes. Qual característica estrutural explica essa diferença?
Gabarito comentado
- HCl e HF são polares; Cl2 é apolar. HCl e HF são moléculas diatômicas com átomos diferentes, portanto apresentam diferença de eletronegatividade e dipolo resultante. Em Cl2, os átomos são iguais e atraem os elétrons com a mesma intensidade.
- O CO2 é apolar porque sua geometria é linear. Os dipolos das duas ligações C=O têm a mesma intensidade, mas sentidos opostos. Por isso, anulam-se.
- A água é angular e polar; o CO2 é linear e apolar. Na água, dois pares eletrônicos livres no oxigênio alteram a geometria e impedem a anulação dos dipolos. No CO2, a disposição linear promove o cancelamento.
- NH3 é polar. A molécula tem geometria piramidal trigonal devido ao par de elétrons não ligante no nitrogênio. BF3, CH4 e CCl4 apresentam arranjos simétricos, sendo apolares.
- A afirmação está incorreta. O CO2 e o CCl4 são contraexemplos: possuem ligações polares, porém a geometria simétrica faz com que o dipolo total seja nulo.
- O CH4 é apolar pela simetria tetraédrica. As quatro ligações C–H ficam orientadas de forma equivalente ao redor do carbono. Seus pequenos dipolos se anulam no espaço.
- X tende a ser polar. A água é uma substância polar e, como regra geral, tende a dissolver melhor substâncias polares ou iônicas. Y, por ser semelhante ao óleo, tende a ser apolar e pouco miscível em água.
- O NH3 possui um par eletrônico livre no nitrogênio; o BF3 não possui pares livres no boro. Assim, o NH3 é piramidal e tem dipolo resultante, enquanto o BF3 é trigonal plano e simétrico.
Relação com propriedades e forças intermoleculares
A polaridade ajuda a prever o comportamento das substâncias. A regra prática “semelhante dissolve semelhante” indica que substâncias polares tendem a se misturar melhor com solventes polares, e substâncias apolares, com solventes apolares. Essa regra não substitui análises experimentais, mas orienta muitas previsões em química.
Moléculas polares interagem por forças dipolo-dipolo. Quando há hidrogênio ligado diretamente a flúor, oxigênio ou nitrogênio, também podem ocorrer ligações de hidrogênio, uma interação intermolecular mais intensa. É o caso da água, cuja polaridade e ligações de hidrogênio contribuem para seu ponto de ebulição relativamente alto.
Já moléculas apolares apresentam principalmente forças de dispersão de London. Essas forças existem entre todas as partículas, mas são predominantes quando não há dipolos permanentes. A intensidade delas aumenta, em geral, com o tamanho da nuvem eletrônica e a massa molar da substância.
Pontos de revisão
- Ligação polar não significa, necessariamente, molécula polar.
- Para definir a polaridade, observe eletronegatividade, geometria e simetria.
- Moléculas simétricas com átomos periféricos iguais frequentemente são apolares.
- Pares de elétrons livres no átomo central podem gerar geometria assimétrica e dipolo resultante.
- A polaridade auxilia na explicação de solubilidade e forças intermoleculares.
Ao resolver exercícios, desenhe a estrutura da molécula e indique os dipolos das ligações. Esse procedimento evita o erro de classificar uma substância apenas pela presença de ligações polares e torna a justificativa química mais completa.
