Momento dipolar: como é calculado e exemplos - Ciência - 2023

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o momento 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; ou seja, deve haver uma região rica em elétrons, δ-, e outra pobre em elétrons, δ +.

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 na 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:

A-B

A distância entre as cargas parciais positivas e negativas já é definida pelo comprimento de sua ligação:

PARAδ+-Bδ-

Como prótons e elétrons têm a mesma magnitude de carga elétrica, mas com sinais opostos, 1,6 · 10-19C, isso é o que é levado em consideração ao avaliar o momento de dipolo entre A e B usando a seguinte equação:

μ = δ·d

Onde μ é o momento de dipolo, δ é a carga do elétron sem o sinal negativo, e d o comprimento do link expresso em metros. Por exemplo, supondo que d tem um valor de 2 Å (1 10-10m) o momento de dipolo, μA-B será:


μA-B = (1,6 10-19C) · (2 ​​· 10-10m)

= 3,2·10-29Cm

Mas como esse valor é muito pequeno, a unidade Debye é usada:

μ = (3,2·10-29C · m) · (1 D / 3,33 · 10-30 Cm)

= 9,60 D

Este valor de μA-B pode levar à suposição de que a ligação A-B é mais iônica do que covalente.

Exemplos

Água

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 O-H é bastante polar (1.5D), e há duas delas em uma molécula H2OU.


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 de H2Ou 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 H-O-H é mostrado aqui.

Metanol

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 afirmar que sua ligação H-O tenha um µ igual a 1,5D; uma vez que os ambientes moleculares são diferentes em CH3OH e H2OU.

É por isso que você teria que medir o comprimento da ligação H-O no metanol 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

As ligações H-N são bastante polares, então o nitrogênio, devido à sua maior eletronegatividade, atrai elétrons para si (imagem superior). Além disso, nele temos um par de elétrons não compartilhado, que contribui 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, CH3CH2OH, 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

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 CO2 Isso 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 este motivo o dióxido de carbono é uma molécula apolar, uma vez que μCO2 tem um valor de 0D.

Metano

Tanto o metano quanto 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 virmos a molécula CH4, suas ligações C-H são polares e os elétrons são direcionados ao átomo de carbono porque ele é um pouco mais eletronegativo. Alguém pode pensar que o carbono teria que ser uma região δ altamente negativa; como uma borracha com seu centro vermelho escuro e pontas azuladas.

No entanto, ao dividir o CH4 no meio obteríamos duas metades H-C-H, uma à esquerda e a outra à direita, semelhantes à molécula H2O. Assim, o momento de dipolo resultante da adição desses dois μC-H se cancelaria com o da outra metade. E, portanto, μCH4 tem um valor de 0D.

Referências

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