Polaridade das moléculas

Ao estudar a polaridade das moléculas, isto é, se elas são polares ou apolares, entendemos melhor a solubilidade e as forças intermoleculares.

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.

Ordem decrescente de eletronegatividade

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)

Fórmula estrutural da água

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)

Fórmula estrutural do triclorometano

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)

Fórmula estrutural do gás carbônico

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)

Fórmula estrutural do trióxido de enxofre

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).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 (μ_R). 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.

μ_R= o

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

μ_R≠ O

Exemplos:

Fórmula estrutural do ácido clorídrico

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 (μ_R ≠ O) e, por isso, a molécula é polar.

Fórmula estrutural do ácido clorídrico com vetor e polos

OBS.: Se a soma vetorial de uma molécula for igual a zero (μ_R = 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:

Fórmula estrutural da água com vetores

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.

Formação do vetor resultante na molécula de água

Temos somente um vetor na molécula de água, logo, a soma vetorial é diferente de zero (μ_R ≠ 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:

Fórmula estrutural do gás metano com vetores

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 (μ_R = O) e a molécula é apolar.

Anulação dos vetores na molécula do metano
A amônia é um exemplo de molécula polar

Esse mesmo texto mostra que Linus Pauling criou uma escala dos elementos mais eletronegativos, que pode ser de ajuda para determinar a intensidade da polarização de diferentes ligações:

F > O > N > C? > Br > I > S > C > P > H

Valores das eletronegatividades: 4,0 > 3,5 > 3,0 > 3,0 > 2,8 > 2,5 > 2,5 > 2,5 < 2,1

Existe um “macete” para lembrar a fila de eletronegatividade, basta dizer a seguinte frase: “Fui Ontem No Clube, Briguei I Saí Correndo Para o Hospital”. A inicial de cada palavra corresponde ao símbolo dos elementos em questão.

Moléculas orgânicas polares e apolares

A polaridade das moléculas orgânicas é definida pela diferença de eletronegatividade que se estabelece entre os átomos dos elementos químicos. Eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par eletrônico que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente.

Todas as ligações dos compostos orgânicos são covalentes, assim, se houver diferença de eletronegatividade na molécula, ocorrendo um deslocamento de carga, ela será polar; mas se não houver diferença de eletronegatividade entre os átomos, a molécula será apolar.

As ligações mais frequentes envolvendo os compostos orgânicos acontecem entre átomos de carbono ou entre átomos de carbono e hidrogênio, isto é, hidrocarbonetos. O carbono é tetravalente, ou seja, ele faz quatro ligações, que podem ser estabelecidas por meio de ligações simples, duplas ou triplas.

Qualquer um desses tipos de ligações será apolar se for entre átomos de carbono ou entre carbonos e hidrogênios, em que não há praticamente diferença de eletronegatividade. Consequentemente, se a molécula for formada apenas por esses tipos de ligações, ela também será apolar. Veja os exemplos abaixo:

No entanto, as moléculas pertencentes a outras funções orgânicas, diferentes dos hidrocarbonetos, possuem outros tipos de átomos ligados a átomos de carbono e/ou a átomos de hidrogênio. Por exemplo, os grupos funcionais dos álcoois, cetonas, ésteres, aldeídos, ácidos carboxílicos e éteres possuem o elemento oxigênio; as amidas, as aminas e os nitrocompostos possuem o elemento nitrogênio, os haletos orgânicos possuem halogênios, que podem ser o flúor, cloro, bromo e iodo, e os tiocompostos possuem o enxofre.Não pare agora… Tem mais depois da publicidade 😉

Todos esses elementos mencionados (O, N, F. Cl. Br, I e S) são mais eletronegativos que o carbono, por isso, a presença deles nas moléculas orgânicas provoca o aparecimento de uma região com acúmulo de carga elétrica. Isso significa que se a molécula possuir mesmo que seja apenas um átomo diferente do carbono e do hidrogênio, ela será polar.

Exemplos de moléculas polares:

OBS.: Vale ressaltar que existem casos de moléculas organicas como o tetracloreto de carbono (CCl₄), que apresenta  elemento químico muito eletronegativo, porém a molécula é apolar.

Mesmo que em sua estrutura contenha uma parte apolar, se a molécula tiver uma região polar, ela será considerada polar.

A polaridade das moléculas orgânicas afeta suas propriedades químicas e físicas. Para citar um exemplo, consideremos a solubilidade dos compostos orgânicos.

As moléculas apolares são praticamente insolúveis em água, pois ela é polar, mas esses compostos tendem a se dissolver em outros compostos orgânicos. A graxa, por exemplo, é um composto orgânico apolar, por isso não conseguimos limpar nossa pele suja de graxa usando água, mas é necessário usar um solvente orgânico apolar, como a gasolina.

Por outro lado, os compostos orgânicos polares são solúveis em água, como é o caso do álcool, ácido acético (vinagre comum), da acetona, do açúcar, entre outros.Publicado por Jennifer Rocha Vargas Fogaça