Geometria e polaridade moleculares: Energia e comprimento de ligação

Explicação

Quando se formam ligações químicas covalentes, os pares de eletrões ligantes e não ligantes como também a eletronegatividade são fatores que influenciam na geometria e polaridade da molécula.

Geometria molecular

Uma vez formada a ligação, quando existem pares de eletrões não ligantes, ou átomos muito volumosos, os átomos que se encontram próximos posicionam-se no espaço de maneira a minimizar as repulsões. Por outras palavras, as moléculas dispõem-se no espaço da maneira que lhes trouxer maior estabilidade.

Linear

A molécula de dióxido de carbono $(CO_2)$ apresenta a seguinte fórmula de estrutura:

Física e Química A; Ligação química; 10º Ano; Geometria e polaridade moleculares: Energia e comprimento de ligação

Como o carbono não tem eletrões não ligantes, não exerce repulsões entre os átomos próximos de si. Como os oxigénios têm pares de eletrões não ligantes, encontram-se o mais afastados possível, formando as ligações $C=O$ um ângulo de $180º$ . Logo, esta molécula tem uma geometria linear:

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Triangular plana

A formula de estrutura do trifluoreto de boro $(BF_3)$ é a seguinte:

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Neste caso, o átomo central não tem pares de eletrões não ligantes. Por este motivo, não existem repulsões entre este e os átomos de flúor. Como os três átomos de flúor têm pares de eletrões não ligantes, dispõem-se no espaço de maneira a minimizar as repulsões, formando um ângulo de $120º$ entre cada dois átomos de fluor. A geometria desta molécula é chamada de triangular plana e representa-se como:

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Tetraédrica

O metano $(CH_4)$ tem a seguinte fórmula de estrutura:

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No caso do metano, existem apenas repulsões entre os pares de eletrões ligantes, pois não existem pares de eletrões não ligantes. Assim, forma-se um ângulo de $109{,}5 º$ entre cada dois átomos de hidrogénio. A geometria desta molécula é tetraédrica:

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Piramidal trigonal

A molécula de amoníaco $(NH_3)$ tem uma fórmula de estrutura como a representada a seguir:

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Nesta molécula existem repulsões entre os três pares de eletrões ligantes e o par de eletrões não ligantes do átomo de azoto. Por este motivo, o azoto "empurra" os átomos de hidrogénio para baixo. Para além disso, os átomos de hidrogénio distanciam-se de maneira a que a repulsão seja mínima, formando um ângulo de $107{,}8º$ entre ligações. Esta molécula apresenta geometria piramidal trigonal:

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Angular

A formula de estrutura da água $(H_2O)$ é a seguinte:

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Como o átomo de oxigénio tem dois pares de eletrões não ligantes, este repele aos átomos de hidrogénio, que por sua vez se repelem entre si, formando um ângulo de $104{,}5 º$ entre eles. Assim, a molécula de água tem geometria angular:

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Polaridade

A polaridade das moléculas é definida pela eletronegatividade dos átomos que as constituem e consequente distribuição da densidade eletrónica.

Nota: Quanto mais eletronegativo for um átomo, maior é a sua tendência para atrair os eletrões da nuvem eletrónica.

Molécula apolar: A densidade eletrónica está simetricamente distribuída na molécula.

Exemplo

A molécula de metano $(CH_4)$ e do dióxido de carbono $(CO_2)$ são moléculas apolares porque a densidade eletrónica está simetricamente distribuída na molécula.

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Molécula polar: A densidade eletrónica encontra-se deslocada para um átomo.

Exemplo

As moléculas de água e amoníaco são moléculas polares, porque o oxigénio e o azoto são elementos bastante eletronegativos, o que faz com que a densidade eletrónica não se encontre uniforme na molécula. Repara:

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