Polaridade das Ligações e das Moléculas

1. Introdução à Polaridade

Você já percebeu como algumas substâncias se dissolvem facilmente na água, enquanto outras simplesmente não se misturam?

Ou por que certas moléculas têm cheiros fortes e outras não? Isso está diretamente relacionado à polaridade das moléculas.

A polaridade é uma propriedade que surge das características das ligações químicas e da geometria das moléculas.

Para entender como ela funciona, precisamos explorar dois conceitos principais:

1. Polaridade das ligações covalentes: quando dois átomos compartilham elétrons, será que eles fazem isso de forma "justa"?
2. Polaridade das moléculas como um todo: mesmo que as ligações sejam polares, será que isso significa que a molécula inteira será polar? Vamos descobrir ao longo deste capítulo.

Antes de começarmos, coloque na cabeça esse raciocínio:

Apolar está relacionado à simetria. Coisas apolares distribuem todas as suas cargas de maneira uniforme. 

Polar é o oposto. Coisas polares possuem regiões mais positivas do que outras, assim como regiões mais negativas do que outras. Dito isso, vamos.

2. Polaridade das Ligações Covalentes

Quando dois átomos formam uma ligação covalente, eles compartilham um par de elétrons.

Mas, geralmente, esse compartilhamento não é igual.

Um dos átomos pode "puxar" mais o par de elétrons para si, criando o que chamamos de ligação polar.

Se os dois átomos forem iguais (como no caso de H-H ou O=O), a força com que eles atraem os elétrons também será igual.

Nesse caso, teremos uma ligação covalente apolar, sem formação de polos. Os elétrons estão igualmente distribuídos entre os dois átomos. (Exemplo: molécula de H₂.)

Se os átomos forem diferentes, como no caso de H-Cl, o cloro atrai os elétrons com mais força porque é mais eletronegativo.

Isso cria uma ligação covalente polar, com um pequeno acúmulo de carga negativa (δ⁻) no cloro e carga positiva (δ⁺) no hidrogênio. (Exemplo: molécula de HCl.)

Quanto maior a diferença de eletronegatividade entre os átomos, mais polar será a ligação.

💡 Moral da história: se os elementos forem iguais, a ligação é apolar, se não, é polar.

3. Polaridade das Moléculas

Quando dois átomos compartilham elétrons em uma ligação covalente, pode ocorrer um fenômeno chamado vetor dipolo.

Este vetor é como uma seta imaginária que mostra para onde o par de elétrons compartilhado "pende" na ligação.

Por exemplo, na molécula de HCl, o átomo de cloro é mais eletronegativo do que o hidrogênio.

Isso faz com que o cloro atraia mais os elétrons para perto de si, criando uma diferença de cargas:

o lado do cloro se torna um pouco mais negativo (δ⁻), enquanto o lado do hidrogênio fica ligeiramente positivo (δ⁺).

O vetor dipolo sempre aponta do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo, como uma seta indicando essa diferença.

Agora que entendemos as ligações e o vetor dipolo formado, precisamos olhar para a molécula como um todo.

A polaridade de uma molécula depende de dois fatores principais:

1. Polaridade das ligações: Pelo menos uma de suas ligações deve ser polar para a molécula ser polar.
2. Geometria molecular: Mesmo que existam ligações polares, a forma como elas estão organizadas pode fazer com que os efeitos dessas polaridades se anulem.

Exemplo 1: Gás carbônico (CO₂)

O CO₂ tem ligações polares entre o carbono e os dois átomos de oxigênio.

No entanto, sua geometria é linear, e os vetores das polaridades estão em sentidos opostos e se anulam. Resultado? Molécula apolar.

Perceba quão simétrica é a molécula do CO₂. Simetria = apolar, correto?

Exemplo 2: Água (H₂O)

A água também tem ligações polares entre o oxigênio e os dois hidrogênios. Mas sua geometria é angular, e os vetores das polaridades não se anulam.

Isso porque o vetor dipolo (ou momento dipolo) gerado pelo par de elétrons livre não tem a mesma intensidade dos vetores gerados pelas ligações H-O.

Resultado? Molécula polar.

4. Como Determinar a Polaridade de uma Molécula

Aqui está um guia simples para você analisar a polaridade de qualquer molécula:

1. Desenhe a geometria molecular:

Assunto do capítulo anterior. Faça o desenho bonitinho da molécula.

1. Identifique as ligações polares:

Se os átomos forem diferentes, desenho o vetor dipolo da ligação, apontando para o mais eletronegativo. 

Se você preferir, marque as cargas parciais (δ⁺ e δ⁻).

1. Some os vetores de momento dipolar:

Se todos os vetores se anularem (soma vetorial = 0), a molécula é apolar.

Se os vetores não se anularem completamente (soma vetorial ≠ 0), a molécula é polar.

Lembre-se que os pares de elétrons livres formam vetores dipolo e que, obviamente, possuem tamanhos diferentes que vetores de ligações.

Para um vetor ter o mesmo tamanho, ele precisa ser da mesma ligação (ou ambos pares de elétrons livres).

Não dá para cancelar vetores de ligações diferentes, até porque o que define o tamanho do vetor é a diferença de eletronegatividade e cada elemento possui seu valor próprio.

5. Fluxograma para definir se a molécula é polar ou apolar

Eu utilizo um fluxograma simples para concluir a polaridade da molécula. São apenas duas perguntas:

1. Existem pares de elétrons livres?

Se existirem pares de elétrons livres, obrigatoriamente a molécula será polar.

Só existe uma exceção, que apresentarei daqui a pouco. 

Se não existirem pares de elétrons livres, faça a segunda pergunta:

1. Os átomos ligados ao átomo central são todos iguais?

Se você não tem PéL e todos os átomos ligantes são iguais, a sua molécula é apolar. 

Olhe qualquer exemplo do capítulo passado: $CO_2$, $BF_3$, $CH_4$, $PCl_5$, $SF_6$. Sempre apolar.

Agora, se você possui átomos ligantes diferentes, geralmente a molécula será polar. 

6. Exceções (tópicos específicos do assunto)

A exceção da molécula com ligantes diferentes, mas que é polar

Existem alguns cenários de combinações específicas de átomos em que a molécula pode ser polar ou apolar.

Não vamos nos aprofundar, porque isso é muito específico de algumas escolas e de alguns professores. 

Se seu professor não enfatizar isso, não se preocupe. 

Imagine a seguinte molécula: $PCl_3F_2$. 

Essa molécula pode ser apolar ou polar, a depender da posição dos átomos de flúor. 

Se os átomos de flúor estiverem nas duas extremidades das pirâmides e a base triangular toda formada por cloros,

os vetores da base se cancelam e os vetores das extremidades se cancelam.

Portanto, a molécula será apolar.

Porém, se você tiver apenas um átomo de flúor nas extremidades das pirâmides, ou até mesmo os dois átomos de flúor na base triangular,

você nunca conseguirá cancelar os vetores completamente. Sendo assim, a molécula será polar. 

O importante é saber que se você não tem PéL, mas possui átomos diferentes, você deve construir os vetores e ver se eles se cancelam.

A exceção da molécula com pares de elétrons livres, mas que é apolar

São moléculas de geometria em forma de T com ligantes iguais. Exemplo: $XeF_2$.

Os vetores das ligações com o F se cancelam, assim como o vetor do PéL para baixo, que se cancela com a resultante dos dois vetores dos PéL para cima. 

Estranho, né? Mas é difícil de ser cobrado, fique tranquilo. 

Exemplos de moléculas polares: H₂O, NH₃, HCl, CH₃Cl.

Exemplos de moléculas apolares: CO₂, CH₄, O₂, N₂.

Com essas informações, você está pronto para identificar a polaridade de ligações e moléculas!

No próximo capítulo, exploraremos a hibridização, que explica como os orbitais atômicos se combinam para formar essas ligações que acabamos de estudar.