1.11 Momentos de Dipolo e Polaridade Molecular

é necessário PRATICAR MAIS? Tente Resolver os Problemas 1.39–1.41,1.50,1.55,1.56,

1.58

 

1.11 Momentos de Dipolo e Polaridade

Molecular

 

Lembre que a indução é provocada pela presença de um átomo

eletronegativo, conforme vimos anteriormente no caso do clorometano. Na

Figura 1.44a a seta mostra o efeito indutivo do átomo de cloro. A Figura

1.44b é um mapa de densidade eletrônica, revelando que a molécula está

polarizada. É dito que o clorometano tem um momento de dipolo porque o

centro de carga negativa e o centro de carga positiva são separados um do

outro por certa distância. O momento de dipolo (μ) é usado como um

indicador de polaridade, no qual μ é definido como a quantidade de carga

parcial (δ) em cada extremidade do dipolo multiplicada pela distância de

separação (d):

 

μ = δ × d

 

As cargas parciais (δ+ e δ−) são geralmente da ordem de 10−10 ues (unidade

eletrostática de carga) e as distâncias são geralmente da ordem de 10−8 cm.

Portanto, para uma substância polar, o momento de dipolo (μ) terá

geralmente uma ordem de grandeza de cerca de 10−18 ues · cm. O momento

de dipolo do clorometano, por exemplo, é 1,87 × 10−18 ues · cm. Uma vez que a maioria das substâncias tem um momento de dipolo dessa ordem de

grandeza (10−18), é mais conveniente relatar os momentos de dipolo com

uma unidade nova, chamada debye (D), em que

 

1 debye = 10−18 ues · cm

 

Usando essa unidade, o momento de dipolo do clorometano é relatado

como 1,87 D. O nome da unidade debye é uma homenagem ao cientista

holandês Peter Debye, cujas contribuições para os campos da química e da

física fizeram com que ele ganhasse um Prêmio Nobel em 1936.

 

FIGURA 1.44

(a) Modelo de bola e vareta do clorometano mostrando o momento de dipolo. (b) Um mapa de potencial eletrostático do clorometano.

 

A medida do momento de dipolo de uma determinada ligação nos

permite calcular o caráter iônico percentual daquela ligação. Como

exemplo, vamos analisar uma ligação C —Cl. Essa ligação tem um comprimento de ligação de 1,772 × 10−8 cm, e um elétron tem uma carga de

4,80 × 10−10 ues. Se a ligação fosse 100% iônica, então o valor do momento

de dipolo seria

 

μ = e × d

= (4,80 × 10−10 ues × (1,772 × 10−8 cm)

= × 8,51 × 10−18 ues · cm

 

ou seja, 8,51 D. Na realidade, a ligação não é 100% iônica. O momento de

dipolo observado experimentalmente tem o valor de 1,87 D e podemos usar

esse valor para calcular o caráter iônico percentual de uma ligação C—Cl:

 

A Tabela 1.4 mostra o caráter iônico percentual para algumas das ligações

que frequentemente encontraremos neste livro. Considere com especial

atenção a ligação C=O. Ela tem um caráter iônico considerável, tornando-a

extremamente reativa. Os Capítulos 20-22 são dedicados exclusivamente

para a reatividade de substâncias contendo ligações C=O.

 

TABELA 1.4 CARÁTER IÔNICO PERCENTUAL PARA VÁRIAS LIGAÇÕES

 

COMPRIMENTO DE

LIGAÇÃO (× 10−8

LIGAÇÃO CM ) μ (D) OBSERVADO CARÁTER IÔNICO PERCENTUAL

 

C—O 1,41 0,7 D

 

C—O 0,96 1,5 D

C=O 1,227 2,4 D

 

O clorometano foi um exemplo simples, porque ele tem somente uma

ligação polar. Ao lidar com uma substância que tem mais de uma ligação

polar, é necessário fazer a soma vetorial dos momentos de dipolo

individuais. A soma vetorial é chamada de momento de dipolo molecular,

e leva em conta tanto a magnitude quanto a direção de cada momento de

dipolo individual. Por exemplo, considere a estrutura de diclorometano

(Figura 1.45). Os momentos de dipolo individuais se cancelam

parcialmente, mas não completamente. A soma dos vetores produz um

momento de dipolo de 1,14 D, que é significativamente menor do que o

momento de dipolo do clorometano porque, no caso do diclorometano, os

dois momentos de dipolo se anulam parcialmente.

 

FIGURA 1.45

O momento de dipolo molecular do diclorometano é a soma líquida de todos os momentos de dipolo na substância.

 

A presença de um par isolado tem um efeito significativo sobre o

momento de dipolo molecular. Os dois elétrons de um par isolado são

equilibrados por duas cargas positivas no núcleo, mas o par isolado está

separado do núcleo por uma certa distância. Existe, portanto, um momento

de dipolo associado a cada par isolado. Exemplos comuns são a amônia e a

água (Figura 1.46).

FIGURA 1.46

O momento de dipolo líquido da amônia e o momento de dipolo líquido da água.

 

Dessa forma, os pares isolados contribuem significativamente para a

magnitude do momento de dipolo molecular, embora eles não alterem a sua

direção. Isto é, a direção do momento de dipolo molecular é a mesma, com

ou sem a contribuição dos pares isolados.

A Tabela 1.5 mostra momentos de dipolo moleculares observados

experimentalmente (a 20°C) para vários solventes comuns. Observe que o

tetracloreto de carbono (CCl ), não tem momento de dipolo molecular. 4

Neste caso, os momentos de dipolo individuais se anulam completamente

fazendo com que a molécula tenha um momento de dipolo líquido nulo (μ =

0). Este exemplo (Figura 1.47) demonstra que temos que levar em conta a

geometria na avaliação dos momentos de dipolo moleculares.

FIGURA 1.47

Um modelo de bola e vareta do tetracloreto de carbono. Os momentos de dipolo individuais se cancelam para dar um momento de dipolo líquido nulo.

 

TABELA 1.5 MOMENTOS DE DIPOLO PARA ALGUNS SOLVENTES COMUNS (A 20°C)

 

SUBSTÂNCIA ESTRUTURA MOMENTO DE DIPOLO

 

Acetona 2,69 D

 

Clorometano CH3Cl 1,87 D

 

Água H 2O 1,85 D

Metanol CH2OH 1,69 D

 

Etanol 1,66 D

 

Amônia :NH3 1,47 D

 

Dietil éter 1,15 D

 

Cloreto de CH2Cl2 1,14 D

metileno

 

Pentano 0 D

 

Tetracloret o de CCl4 0 D

carbono

 

DESENVOLVENDO A APRENDIZAGEM

 

1.9 IDENTIFICAÇÃO DA PRESENÇA DE MOMENTOS DE DIPOLO MOLECULARES

APRENDIZAGEM

Veri que se cada uma das substâncias vistas a seguir tem um momento de dipolo molecular. Em

caso a rmativo, indique o sentido do momento de dipolo molecular:

(a) CH3CH2OCH2CH3

 

(b) CO2

 

SOLUÇÃO

 

(a) A m de determinar se os momentos de dipolo individuais se anulam completamente,

temos que primeiro prever a geometria molecular. Especi camente, precisamos saber se a

geometria em torno do átomo de oxigênio é linear ou angular.

 

ETAPA 1

Previsão da geometria molecular.

 

Para fazer essa determinação, usamos o método de três etapas visto na seção anterior:

 

1. O número estérico do átomo de oxigênio é 4.

 

2. Portanto, o estado de hibridação tem que ser 3 sp, e o arranjo de pares de elétrons tem que

ser tetraédrico.

 

3. Ignoramos os pares isolados, de modo que o átomo de oxigênio tem uma geometria

angular.

 

Após a determinação da geometria molecular, desenhamos agora todos os momentos de dipolo

e determinamos se eles se anulam entre si. Neste caso, eles não se anulam totalmente

mutuamente:

ETAPA 2

Identi cação da direção de todos os momentos de dipolo.

 

ETAPA 3

Desenhar o momento de dipolo.

 

Essa substância tem, realmente, um momento de dipolo molecular e a direção do momento é

mostrada anteriormente.

 

(b) O dióxido de carbono (CO2) tem duas ligações C=O, cada uma das quais exibe um momento

de dipolo. A m de determinar se os momentos de dipolo individuais se anulam

completamente, temos primeiro que prever a geometria molecular. Aplicamos o nosso método

de três etapas: o número estérico é 2, o estado de hibridização é sp e a substância tem uma

geometria linear. Como consequência, esperamos que os momentos de dipolo se cancelem

completamente um ao outro:

 

De maneira semelhante, os momentos de dipolo associados aos pares isolados também se

cancelam um ao outro e, portanto, o CO 2 não tem um momento de dipolo molecular.

PRATICANDO

o que você aprendeu

 

1.29 Identi que se cada uma das substâncias vistas a seguir tem um momento de dipolo

molecular. Para os casos a rmativos, indique o sentido do momento de dipolo molecular:

 

(a) CHCl 3

 

(b) CH3OCH3