- Como o momento de dipolo é calculado?
- Exemplos
- Água
- Metanol
- Amônia
- Etanol
- Dióxido de carbono
- Metano
- Referências
O momento de dipolo é uma propriedade química que indica como cargas elétricas heterogeneamente são distribuídas em uma molécula. É expresso em unidades Debye, 3,33 · 10 -30 C · m, e geralmente seus valores variam de 0 a 11 D.
Compostos altamente polares tendem a ter grandes momentos de dipolo; enquanto os apolares, pequenos momentos de dipolo. Quanto mais polarizadas as cargas elétricas em uma molécula, maior seu momento de dipolo; isto é, deve haver uma região rica em elétrons, δ-, e outra pobre em elétrons, δ +.
A borracha bicolor serve de analogia a dois pólos, positivo e negativo, de uma molécula com momento de dipolo marcado. Fonte: Pexels.
O momento de dipolo, µ, é uma grandeza vetorial, portanto é afetado pelos ângulos das ligações e, em geral, pela estrutura molecular.
Quando a molécula é linear, ela pode ser comparada a uma borracha de duas cores. Sua extremidade negativa δ-, corresponderia à cor vermelha; enquanto o positivo, δ +, seria azul. À medida que as magnitudes das cargas negativas no pólo δ aumentam, e a distância que o separa de δ +, o momento de dipolo aumenta.
Quimicamente, o acima significa que quanto maior a diferença de eletronegatividade entre dois átomos e quanto maior a distância que os separa, maior o momento de dipolo entre eles.
Como o momento de dipolo é calculado?
É considerada uma ligação covalente entre dois átomos, A e B:
AB
A distância entre as cargas parciais positivas e negativas já é definida pelo comprimento de sua ligação:
A δ + -B δ-
Como prótons e elétrons têm a mesma magnitude de carga elétrica, mas com sinais opostos, 1,6 · 10 -19 C, isso é o que é levado em consideração ao avaliar o momento de dipolo entre A e B usando a seguinte equação:
μ = δd
Onde μ é o momento de dipolo, δ é a carga do elétron sem o sinal negativo e d é o comprimento da ligação expressa em metros. Por exemplo, assumindo que d tem um valor de 2 Å (1 · 10 -10 m) o momento de dipolo, μA-B será:
μA-B = (1,6 10 -19 C) (2 10 -10 m)
= 3,2 10 -29 C m
Mas como esse valor é muito pequeno, a unidade Debye é usada:
μ = (3,2 · 10 -29 C · m) · (1 D / 3,33 · 10 -30 C · m)
= 9,60 D
Este valor de μA-B poderia dar a supor que a ligação AB é mais iônica que covalente.
Exemplos
Água
Momento dipolar de uma molécula de água. Fonte: Gabriel Bolívar.
Para calcular o momento de dipolo de uma molécula, todos os momentos de dipolo de suas respectivas ligações devem ser somados vetorialmente, considerando os ângulos de ligação e um pouco de trigonometria. Isso no começo.
A água tem um dos maiores momentos de dipolo que se poderia esperar de um composto covalente. Na imagem superior, temos que os átomos de hidrogênio têm cargas parciais positivas, δ +, enquanto o oxigênio carrega a carga parcial negativa, δ-. A ligação OH é bastante polar (1.5D), e há duas delas em uma molécula de H 2 O.
Normalmente, é desenhado um vetor que é direcionado do átomo menos eletronegativo (H) para o mais eletronegativo (O). Embora não sejam desenhados, no átomo de oxigênio existem dois pares de elétrons não compartilhados, que "concentram" ainda mais a região negativa.
Devido à geometria angular do H 2 O, os momentos de dipolo somam-se na direção do átomo de oxigênio. Observe que a soma dos dois μO-H daria 3D (1,5 + 1,5); mas não é assim. O momento de dipolo da água tem um valor experimental de 1,85D. O efeito do ângulo próximo de 105 ° entre as ligações HOH é mostrado aqui.
Metanol
Momento dipolar de uma molécula de metanol. Fonte: Gabriel Bolívar.
O momento de dipolo do metanol é 1,69D. É menos do que a água. Portanto, as massas atômicas não têm muita influência no momento de dipolo; mas seus raios atômicos são. No caso do metanol, não podemos dizer que sua ligação HO tem um µ igual a 1,5D; visto que, os ambientes moleculares são diferentes em CH 3 OH e H 2 O.
É por isso que o comprimento da ligação HO em metanol teria que ser medido para calcular μO-H. O que se pode dizer é que μO-H é maior que μC-O, já que a diferença de eletronegatividade entre carbono e oxigênio é menor que entre hidrogênio e oxigênio.
O metanol é listado como um dos solventes mais polares que podem ser encontrados junto com a água e a amônia.
Amônia
Momento dipolar de uma molécula de amônia. Fonte: Gabriel Bolívar.
As ligações HN são bastante polares, então o nitrogênio, devido a sua maior eletronegatividade, atrai elétrons para si (imagem superior). Além disso, nele temos um par não compartilhado de elétrons, que contribuem com suas cargas negativas para a região δ. Portanto, as cargas elétricas predominam no átomo de nitrogênio da amônia.
A amônia tem um momento de dipolo de 1,42D, menor que o do metanol. Se amônia e metanol pudessem ser transformados em borrachas, veríamos que a borracha de metanol tem pólos mais definidos em comparação com a borracha de amônia.
Etanol
No caso do etanol, CH 3 CH 2 OH, seu momento de dipolo é muito próximo ao do metanol, mas tende a ter valores menores. Como há mais átomos de carbono compondo a região δ +, o átomo de oxigênio que representa δ- começa a perder parte de sua "intensidade negativa relativa".
Dióxido de carbono
Momento dipolar de uma molécula de dióxido de carbono. Fonte: Gabriel Bolívar.
O dióxido de carbono tem duas ligações polares, C = O, com seus respectivos momentos de dipolo μO-C. No entanto, como pode ser visto na imagem acima, a geometria linear do CO 2 faz com que os dois μO-C se cancelem vetorialmente, mesmo quando o carbono tem uma carga parcial positiva e os oxigênios têm cargas parciais negativas.
Por esse motivo, o dióxido de carbono é uma molécula apolar, uma vez que μCO 2 tem valor 0D.
Metano
Momento dipolar para uma molécula de metano. Fonte: Gabriel Bolívar.
O metano e o dióxido de carbono compartilham algo em comum: são moléculas altamente simétricas. Em geral, quanto mais simétrica uma molécula, menor seu momento de dipolo.
Se olharmos para a molécula de CH 4, suas ligações CH são polares e os elétrons são direcionados para o átomo de carbono, pois é um pouco mais eletronegativo. Alguém poderia pensar que o carbono teria que ser uma região δ altamente negativa; como uma borracha com seu centro vermelho profundo e pontas azuladas.
No entanto, ao dividir CH 4 pela metade, obteríamos duas metades de HCH, uma à esquerda e outra à direita, semelhantes à molécula de H 2 O. Assim, o momento de dipolo resultante da adição desses dois μC-H cancelaria com a outra metade. E, portanto, μCH 4 tem um valor de 0D.
Referências
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química (8ª ed.). CENGAGE Learning.
- Walter J. Moore. (1963). Química Física. Em cinética química. Quarta edição, Longmans.
- Ira N. Levine. (2009). Princípios de físico-química. Sexta edição, pp. 479-540. Mc Graw Hill.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 de janeiro de 2020). Definição do momento dipolo. Recuperado de: Thoughtco.com
- Blaber Mike. (29 de setembro de 2019). Momentos Dipolo. Chemistry LibreTexts. Recuperado de: chem.libretexts.org
- LaRita Williams. (2020). Momento de Dipolo: Definição, Equação e Exemplos. Estude. Recuperado de: study.com
- Wikipedia. (2020). Momento de dipolo de ligação. Recuperado de: en.wikipedia.org