O polaridade química é uma propriedade que se caracteriza pela presença de uma distribuição heterogênea marcada de densidades de elétrons em uma molécula. Em sua estrutura, portanto, existem regiões carregadas negativamente (δ-), e outras carregadas positivamente (δ +), gerando um momento de dipolo.
O momento de dipolo de ligação (µ) é uma forma de expressar a polaridade de uma molécula. Geralmente é representado como um vetor cuja origem está na carga (+) e seu final está localizado na carga (-), embora alguns químicos o representem inversamente.
A imagem superior mostra o mapa de potencial eletrostático para água, HdoisO. A região avermelhada (átomo de oxigênio) corresponde àquela de maior densidade de elétrons, podendo-se observar também que se destaca sobre as regiões azuis (átomos de hidrogênio).
Como a distribuição dessa densidade de elétrons é heterogênea, diz-se que existe um pólo positivo e um pólo negativo. É por isso que se fala de 'polaridade' química e momento de dipolo.
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O momento de dipolo µ é definido pela seguinte equação:
µ = δd
Onde δ é a carga elétrica de cada pólo, positiva (+ δ) ou negativa (-δ), e d é a distância entre eles.
O momento dipolar é geralmente expresso em debye, representado pelo símbolo D. Um coulomb · metro é igual a 2,998 · 1029 D.
O valor do momento de dipolo da ligação entre dois átomos diferentes é em relação à diferença de eletronegatividades dos átomos que formam a ligação..
Para uma molécula ser polar, não basta ter ligações polares em sua estrutura, mas também deve ter uma geometria assimétrica; de tal forma que evita que os momentos de dipolo cancelem os vetores uns dos outros.
A molécula de água tem duas ligações O-H. A geometria da molécula é angular, ou seja, em forma de "V"; então os momentos dipolares das ligações não se cancelam, mas sim a soma deles é produzida apontando para o átomo de oxigênio.
O mapa de potencial eletrostático para HdoisOu reflita isso.
Se a molécula angular H-O-H for observada, a seguinte questão pode surgir: ela é realmente assimétrica? Se um eixo imaginário é desenhado através do átomo de oxigênio, a molécula se dividirá em duas metades iguais: H-O | O-H.
Mas, não é assim se o eixo imaginário é horizontal. Quando esse eixo dividir a molécula novamente em duas metades, teremos o átomo de oxigênio de um lado e os dois átomos de hidrogênio do outro..
Por este motivo, a aparente simetria do HdoisOu deixa de existir e, portanto, é considerada uma molécula assimétrica.
As moléculas polares devem atender a uma série de características, como:
-A distribuição de cargas elétricas na estrutura molecular é assimétrica.
-Eles geralmente são solúveis em água. Isso ocorre porque as moléculas polares podem interagir por forças dipolo-dipolo, onde a água é caracterizada por ter um grande momento de dipolo.
Além disso, sua constante dielétrica é muito alta (78,5), o que permite manter as cargas elétricas separadas aumentando sua solubilidade..
-Em geral, as moléculas polares têm altos pontos de ebulição e fusão.
Essas forças são constituídas pela interação dipolo-dipolo, pelas forças dispersivas de London e pela formação de ligações de hidrogênio..
-Devido à sua carga elétrica, as moléculas polares podem conduzir eletricidade.
Dióxido de enxofre (SOdois) O oxigênio tem uma eletronegatividade de 3,44, enquanto a eletronegatividade do enxofre é de 2,58. Portanto, o oxigênio é mais eletronegativo do que o enxofre. Existem duas ligações S = O, a O tendo uma carga δ e a carga S a δ+.
Por ser uma molécula angular com S no vértice, os dois momentos dipolares estão orientados na mesma direção; e, portanto, eles se somam, fazendo a molécula SOdois ser polar.
Clorofórmio (HCCl3) Há uma ligação C-H e três ligações C-Cl.
A eletronegatividade de C é 2,55, e a eletronegatividade de H é 2,2. Assim, o carbono é mais eletronegativo do que o hidrogênio; e, portanto, o momento de dipolo será orientado de H (δ +) em direção a C (δ-): Cδ--Hδ+.
No caso das ligações C-Cl, C tem uma eletronegatividade de 2,55, enquanto Cl tem uma eletronegatividade de 3,16. O vetor dipolo ou momento dipolo é orientado de C em direção a Cl nas três ligações C δ+-Cl δ-.
Como há uma região pobre em elétrons, em torno do átomo de hidrogênio, e uma região rica em elétrons composta por três átomos de cloro, CHCl3 é considerada uma molécula polar.
O fluoreto de hidrogênio tem apenas uma ligação H-F. A eletronegatividade de H é 2,22 e a eletronegatividade de F é 3,98. Portanto, o flúor acaba com a maior densidade de elétrons, e a ligação entre os dois átomos é melhor descrita como: Hδ+-Fδ-.
Amônia (NH3) tem três ligações N-H. A eletronegatividade de N é 3,06 e a eletronegatividade de H é 2,22. Em todas as três ligações, a densidade de elétrons é orientada para o nitrogênio, sendo ainda maior devido à presença de um par de elétrons livres.
A molécula NH3 é tetraédrico, com o átomo N ocupando o vértice. Os três momentos dipolares, correspondentes às ligações N-H, são orientados na mesma direção. Neles, δ- está localizado no N, e δ + no H. Assim, as ligações são: Nδ--Hδ+.
Esses momentos de dipolo, a assimetria da molécula e o par de elétrons livres no nitrogênio, tornam a amônia uma molécula altamente polar..
Quando as moléculas são muito grandes, não é mais certo classificá-las como apolares ou polares. Isso ocorre porque pode haver partes de sua estrutura com características apolares (hidrofóbicas) e polares (hidrofílicas)..
Esses tipos de compostos são conhecidos como anfifílicos ou anfipáticos. Como a parte apolar pode ser considerada pobre em elétrons em relação à parte polar, há uma polaridade presente na estrutura e os compostos anfifílicos são considerados compostos polares..
Pode-se geralmente esperar que uma macromolécula com heteroátomos tenha momentos de dipolo e, portanto, polaridade química..
Os heteroátomos são entendidos como aqueles que são diferentes daqueles que constituem o esqueleto da estrutura. Por exemplo, o esqueleto de carbono é biologicamente o mais importante de todos, e o átomo com o qual o carbono forma uma ligação (além do hidrogênio) é chamado de heteroátomo..
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