É N2 Polar ou Nonpolar?

Você já fez uma experiência onde mergulhou uma flor em uma substância fria e a estilhaçou em uma mesa como vidro? Isso era nitrogénio líquido. Mesmo os alimentos que você come que podem durar muito tempo foram, sem dúvida, preservados com gás nitrogênio. Contudo, quando olhamos para a estrutura química do N2, uma pergunta comum que um novo químico pode ter é se o N2 é polar ou não-polar. Vamos explorar alguns tópicos sobre a estrutura e reatividade do N2 para encontrar a resposta!

Então, o N2 é polar ou não-polar? N2 é uma molécula não polar devido à sua estrutura geométrica linear e é uma molécula diatômica. Como resultado, ambos os átomos têm igual electronegatividade e partilham uma proporção igual de carga e o resultado global da molécula num momento net-zero dipolo tornando-a uma molécula não polar.

Nitrogénio, ou N2, é um químico muito abundante e necessário para a vida biológica e processos industriais. O nitrogênio constitui 78% em volume do ar que respiramos diariamente, e é encontrado na forma de composto em todos os seres vivos.

Nitrogênio também é abundante na química industrial, incluindo fertilizantes, corantes, nylon, e explosivos. Mais comumente, qualquer material de limpeza que você tenha usado com amônia, NH3, foi feito com nitrogênio molecular.

Polaridade baseada em eletronegatividade

Quando átomos formam ligações para criar moléculas, podemos determinar o nível de polaridade que a molécula irá exibir. Ligações iônicas transferem completamente elétrons de valência entre átomos para formar uma carga para ambos átomos.

Por exemplo, quando o sódio (Na) se liga com o cloro (Cl), o sódio desiste de seu elétron de valência para o cloro, formando Na+e Cl-, a forma mais estável destes átomos.

No entanto, estamos discutindo ligações covalentes, que compartilham elétrons entre os átomos. Estas ligações ocorrem entre não metais, e as ligações covalentes podem ser polares ou não polares.

Quando as ligações covalentes ocorrem, há uma transferência de densidade de elétrons de um átomo para outro. Se as electronegatividades dos átomos não forem iguais, os elétrons não serão compartilhados igualmente, formando cargas parcialmente iônicas em cada átomo.

Um grande exemplo disso é a formação de ácido clorídrico ou HCl.

Electronegatividades são tipicamente fornecidas para o elemento que você está usando, então eu as fornecerei aqui. O hidrogénio (H) tem uma electronegatividade de 2,1, enquanto o cloro (Cl) tem uma electronegatividade de 3,0; quanto maior for a electronegatividade, mais negativo será um átomo quando estiver estável.

Hidrogénio tem um electrão de valência e quer dois para completar a sua casca de valência; o cloro tem sete electrões e quer oito para completar a sua casca de valência. Assim, eles vão partilhar o seu único electrão, formando uma ligação covalente.

No entanto, o cloro vai absorver mais densidade de electrões, uma vez que a sua electronegatividade é superior à do hidrogénio.

Isto significa que o cloro vai apresentar uma carga parcialmente negativa do aumento da sua densidade de electrões. Pelo contrário, o hidrogénio desenvolve uma carga parcialmente positiva devido à sua falta de densidade de electrões.

Cria um momento dipolo, que direcciona a densidade de electrões para a molécula mais electronegativa.

Por isso, uma molécula de ácido clorídrico vai ser polar porque existe uma diferença nas electronegatividades e um momento dipolo molecular.

Aqui está o artigo para verificar a polaridade do HCl.

Porquê N2 é uma molécula não-polar?

Apliquemos esta lógica ao N2. Os átomos de azoto têm uma electronegatividade de aproximadamente 3,04. Mas no gás nitrogénio, é uma molécula homonuclear, o que significa que são dois dos mesmos átomos ligados entre si.

Não haveria diferença na electronegatividade entre os dois átomos de azoto, o que significa que partilhariam a densidade de electrões igualmente.

Se a densidade de electrões for partilhada igualmente entre os dois átomos, nenhum momento dipolo se pode formar. Assim, podemos assumir que N2 é não-polar.

Lewis estrutura de N2

A estrutura de Lewis é uma representação muito simples da valência, ou mais externa, dos elétrons em uma molécula. Ela não explica a geometria da molécula, mas é um passo adiante na aproximação da geografia.

Mas para descobrir se N2 é polar ou não-polar, a Estrutura de Lewis pode revelar a melhor composição eletrônica da molécula.

Nitrogênio é um membro do Grupo 5A na tabela periódica, significando que sua casca mais externa tem cinco elétrons. A estrutura de Lewis de um único átomo de nitrogênio está abaixo.

Nitrogênio, como a maioria dos elementos da tabela periódica, segue a regra do octeto, ou seja, quer oito elétrons em sua casca externa.

Então, ele vai procurar outros átomos que também querem completar a regra do octeto para que eles possam compartilhar elétrons de valência. Por exemplo, a Amônia é um composto feito de uma molécula de nitrogênio e três de hidrogênio.

O objetivo é criar pares de elétrons: no topo da estrutura de Lewis para um átomo de nitrogênio, já existe um par de elétrons ou um par solitário, de modo que eles não estão disponíveis para a ligação.

Os outros três elétrons simples estão disponíveis para fazer ligações covalentes ou ligações que compartilham os elétrons entre dois átomos, com outros átomos que têm elétrons simples.

O hidrogênio tem um elétron, e só precisa de dois elétrons para completar sua casca externa; assim, o nitrogênio tem espaço para três átomos de hidrogênio.

Como mostrado abaixo, o nitrogênio agora tem oito elétrons ao seu redor, na forma de um par solitário e três ligações simples.

A regra do octeto de nitrogênio está completa, e o hidrogênio tem os dois elétrons necessários para uma concha de valência completa.

Esta nos deixa com a estrutura de Lewis de Amônia, que combina com sua fórmula molecular, NH3. Veja no artigo a polaridade do NH3.

Agora vamos pegar a fórmula molecular do nitrogênio, N2. O nitrogênio é uma molécula diatômica, o que significa que à temperatura e pressão padrão (1 atm a 25°C), os átomos de nitrogênio se ligam naturalmente com outro átomo de nitrogênio para cumprir a regra do octeto de ambos os átomos.

Nitrogênio existe nesta família com outras moléculas diatômicas, tais como oxigênio, hidrogênio e os quatro halogênios (flúor, cloro, iodo e bromo). Então, qual é a estrutura de Lewis do N2?

Bem, lembrando que o nitrogênio tem cinco elétrons de valência, com dois desses elétrons formando um par solitário, eles precisam completar a regra do octeto ligando seus outros três elétrons livres.

Como mostra a figura acima, um elétron de uma molécula de nitrogênio formará uma única ligação com outro elétron do outro nitrogênio.

Para que ambos os átomos de nitrogênio cumpram a regra do octeto, todos os três elétrons livres formarão ligações, criando uma ligação tripla. Assim, uma molécula de nitrogênio existe na natureza com uma ligação tripla, tornando-a baixa em energia e estável na natureza.

Geometria molecular de N2

Agora que cobrimos a estrutura de Lewis, podemos explorar a geometria molecular para N2.

Pode tipicamente prever a estrutura da molécula a partir da estrutura de Lewis, mas a estrutura de Lewis pode nos direcionar para a repulsão de pares de elétrons de valência, ou teoria VSEPR.

A teoria de VSEPR funciona na suposição de que a geometria de uma molécula minimizará a repulsão entre elétrons em uma casca de valência daquele átomo.

Lembrar que os elétrons são negativos, e, assim como os ímãs, eles se repelirão se se aproximarem muito um do outro, criando uma tensão sobre a molécula. Então, queremos minimizar essa tensão.

Sabemos que o gás nitrogênio existe como uma molécula diatômica, e a Estrutura Lewis mostra apenas dois átomos participando em sua estrutura.

Segundo a teoria VSEPR, a única estrutura que N2 poderia tomar é linear, ou apenas uma linha reta. Isto significa que os dois átomos estão separados em um ângulo de 180°, como visto abaixo.

Tipicamente, as moléculas lineares serão não-polares, mas nem sempre é esse o caso (ver: ácido clorídrico, ácido fluorídrico, monóxido de carbono), por isso não podemos assumir que N2 seja não-polar só nisto.

Para isso, teremos de mergulhar um pouco mais fundo na densidade de electrões e na electronegatividade como já foi discutido acima.

Para uma maior compreensão, você também deve passar pelo artigo sobre N2 Lewis Structure and Molecular Geometry, and Hybridization.

Conclusion

Nitrogênio como um composto é tremendamente abundante em nossas vidas diárias. Como uma molécula diatômica, homonuclear, podemos determinar sua polaridade a partir de sua estrutura, geometria e densidade de elétrons.

Descobrimos que o gás nitrogênio forma uma forte ligação tripla, é linear em geometria com 180° entre os átomos de nitrogênio, e compartilha sua densidade de elétrons igualmente entre os átomos de nitrogênio. Portanto, podemos determinar que o gás nitrogênio é não-polar.