Há dois elétrons envolvidos em uma ligação covalente, certo? Sim! Então, relaciona-se a palavra “polaridade” com a formação de “polos”, indicando que um polo será positivo e outro negativo. Porém, positivo e negativo em relação ao quê? Neste caso, estamos focando a atenção em verificar se os elétrons envolvidos em uma ligação covalente são mais ou menos atraídos por um dos átomos participantes do compartilhamento, pois, dessa forma, o polo negativo é caracterizado pela maior proximidade dos elétrons da ligação a um dos átomos e o polo positivo pelo distanciamento destes elétrons.
O que faz com que esses elétrons sejam mais ou menos atraídos (maior ou menor distanciamento)? É a eletronegatividade, uma propriedade dos elementos químicos que se relaciona com a tendência que um átomo de um determinado elemento químico tem de atrair os elétrons em uma ligação covalente para mais próximo “dele”, ou seja, estes elétrons ficam melhor estabilizados na eletrosfera do átomo deste elemento químico do que no outro. Assim, se há um átomo de um elemento químico muito eletronegativo, os elétrons ficam mais próximos dele e se forma, então, o polo negativo da ligação.
Como saberemos quando um elemento químico é ou não muito eletronegativo? Eletronegatividade está relacionada com outra propriedade periódica: raio atômico. Quando o raio atômico diminui, maior é a eletronegatividade, ou seja, mais forte é a atração desse elétron para a órbita do átomo desse elemento químico.
Como já discutimos no capítulo sobre tabela periódica, a eletronegatividade dos elementos químicos localizados na mesma Linha (horizontal), aumenta a eletronegatividade da esquerda para direita ou quanto maior o número atômico, mais eletronegativo será. Tendo referência entre os elementos químicos pertencentes à mesma Família, a eletronegatividade aumenta de baixo para cima.
Fizemos análises do comportamento da eletronegatividade a partir da localização dos elementos químicos na Tabela Periódica. Porém existe um macete que é organizado através de uma escala numérica que tenta quantificar a Eletronegatividade, a Escala de Linus Pauling, que nos fornece uma ordem crescente (menor para maior) dos átomos mais eletronegativos, como pode ser observado abaixo.
Analisaremos a molécula HCl para exemplificar. Segundo a Escala de Linus Pauling, Hidrogênio tem, aproximadamente, 2,2 e o Cloro tem 3,16 de eletronegatividade, isso pode ser conferido pelo macete já apresentado. Havendo essa diferença significativa de eletronegatividade, conclui-se que os elétrons envolvidos na única ligação covalente da molécula estão mais atraídos e próximos do átomo de Cloro do que do Hidrogênio, caracterizando uma ligação covalente polar representada por:
A seta indica o átomo que está exercendo maior atração nos elétrons envolvidos na ligação covalente, ou seja, o átomo do elemento mais eletronegativo. O símbolo δ+ indica carga parcial positiva, pois os elétrons da ligação estão afastados do H formando o polo positivo; o símbolo δ– indica carga parcial negativa, pois os elétrons estão mais próximos do Cl, formando o polo negativo.
Assim, em moléculas formadas por átomos do mesmo elemento químico não há diferença significativa de eletronegatividade entre eles, os elétrons envolvidos são atraídos com a mesma força por ambos e não há a formação de polos. Dessa maneira, temos uma ligação covalente apolar, como a molécula Cl2, por exemplo.
Polaridade das Moléculas
Se Liga!
Aproveitando os exemplos HCl e Cl2 utilizados na seção anterior: essas moléculas são formadas por dois átomos e têm apenas uma ligação covalente. Analisando a polaridade desta ligação, é possível caracterizar se essas moléculas são polares ou apolares: a primeira, HCl, possui uma diferença significativa de polaridade, assim temos uma molécula polar; Cl2 não possui diferença de eletronegatividade dos átomos, logo, é uma molécula apolar.
Devemos analisar separadamente moléculas formadas por mais de uma ligação covalente e depois averiguar a soma dos vetores para, então, ter uma resultante. E o que é a resultante e como analisá-la? Toda ligação covalente que é polarizada possui uma intensidade que depende da diferença de polaridade entre os átomos participantes da ligação, possui um sentido – que indica para qual átomo os elétrons estão mais próximos, ou seja, do polo positivo para o negativo – e uma direção. Todas essas características formam um VETOR. Este vetor se chama vetor de momento de dipolo (‘dipolo’ porque existem dois polos). Após analisarmos os vetores separadamente, somamos e concluímos se há uma influência de eletronegatividade sobre a molécula. Assim, teremos uma molécula polar ou apolar.
Importante:
Vetor Momento de dipolo ou Momento Dipolar é indicado pelo símbolo “μ” (pronúncia “mu”) e define a polarização de uma ligação. O vetor tem um valor quantitativo dado pela expressão:
Em que δ (pronúncia “delta”) é o módulo da carga parcial do dipolo e d é a distância entre os dois polos. Entende-se como módulo o valor “real”. Por exemplo: carga igual a +2 ou -2, então o módulo é 2.
► Molécula Apolar: μ=0
► Molécula Polar: μ≠0
OBS: O fato de os átomos formarem uma ligação simples, dupla ou tripla não interfere quando for necessário analisar a eletronegatividade de um átomo para saber qual será o polo negativo e o polo positivo.
Quando μ=0
Átomo central formando ligações com átomos do mesmo elemento químico, porém com direções contrárias, não apresentando elétrons não ligantes, de forma que os vetores de Momento Dipolar se cancelam. Um exemplo é a molécula CO2, como podemos ver abaixo:
Se liga! Pode haver molécula apolar mesmo que existam ligações polares.
Como vetores são elementos matemáticos e estamos aqui para simplificar, vamos aprender um macete:
► Quantos átomos compõem a molécula:
Dois: com geometria molecular linear com os dois átomos do mesmo elemento químico, a molécula será apolar. Se forem de elementos químicos diferentes (veja a diferença de eletronegatividade com a escala de Pauling ou consulte a Tabela Periódica) será polar.
Três ou mais: continue os passos a seguir.
► Siga os mesmos passos até determinar a geometria molecular;
► Os átomos ligantes são todos do mesmo elemento químico:
Se sim: continue os passos a seguir.
Se não: veja a diferença de eletronegatividade com a escala de Pauling ou então consulte a Tabela Periódica; a molécula será polar.
► Tipos de geometria molecular que preveem que o átomo central tenha elétrons não ligantes, como angular e piramidal, a molécula será POLAR.
► Tipos de geometria molecular que preveem que o átomo central não possui elétrons não ligantes, como linear, trigonal plana e tetraédrica, a molécula será APOLAR.
RESUMINDO:
POLAR: Molécula com dois átomos de elementos químicos diferentes e uma significativa diferença de eletronegatividade.
APOLAR: Molécula com dois átomos do mesmo elemento químico e sem diferença na eletronegatividade.
POLAR: Molécula com três átomos de elementos químicos diferentes, geometria molecular linear, significativa diferença de eletronegatividade e a soma dos vetores do momento de dipolo não é nula.
POLAR: Molécula com três átomos, Oxigênio como o átomo central e dois átomos ligantes do mesmo elemento químico, Hidrogênio. Será polar, pois temos dois pares eletrônicos não ligantes que causam a concentração de densidade de carga no átomo de Oxigênio e originam um polo negativo.
POLAR: Molécula com quatro átomos, três átomos ligantes do mesmo elemento químico, Hidrogênio. Será polar, pois, apesar da ligação 1 se cancelar com a ligação 3, temos a ligação 2 e um par eletrônico não ligante, o que causa a concentração de densidade de carga no átomo de Nitrogênio e origina, então, um polo negativo.
APOLAR: Molécula com quatro átomos, Boro como átomo central e três átomos ligantes do mesmo elemento químico, Flúor. Será apolar, pois não temos pares eletrônicos não ligantes, não acontecendo, portanto, distorção da geometria, de forma que os elétrons ficam distribuídos uniformemente nas ligações formadas com o átomo central. Portanto, não há formação de polos e o vetor Momento de dipolo é nulo.
APOLAR: Molécula com quatro átomos, Carbono como átomo central e três átomos ligantes do mesmo elemento químico, Hidrogênio. Será apolar, pois não temos pares eletrônicos não ligantes, além da ligação 1 ser anulada com a ligação 2 e a ligação 3 ser cancelada com a ligação 4.
Se Liga!
A polaridade dos compostos fornece indícios do motivo de alguns deles não se misturarem quando colocados no mesmo recipiente.
Exemplo disso é que a água, uma molécula polar, e o óleo de cozinha, molécula apolar, não se misturam e formam fases diferentes, constituindo uma zona de fronteira que chamamos de interface. Então:
Semelhante dissolve semelhante!
Solvente APOLAR dissolve composto APOLAR.
Solvente POLAR dissolve composto POLAR.
Substâncias apolares, no estado líquido ou solução aquosa (misturado em água) não conduzem eletricidade. Porém, substâncias polares em solução aquosa conduzem eletricidade, pois há uma quebra das moléculas e a formação de íons, já que os elétrons da ligação covalente são estabilizados pelo átomo mais eletronegativo e um ânion se forma. Caso haja deficiência de elétrons no outro átomo que estava envolvido na ligação, haverá a formação de um cátion. Assim, possuindo íons, temos movimentação de cargas e é possível a condução de eletricidade.