O3, também conhecido como ozono, é um composto químico muito famoso nos nossos livros de química. O ozônio ou trioxigênio é o composto inorgânico presente na atmosfera terrestre que nos salva dos prejudiciais raios ultravioletas vindos do Sol. Há uma pergunta muito famosa sobre se O3 é polar ou não-polar.
Neste artigo, vou explicar a resposta a esta pergunta em detalhes e vamos tentar aprender sobre a estrutura química da molécula de O3.
Então, o O3 é polar ou não-polar? O3 é uma molécula polar e é devido à sua geometria molecular dobrada. Em O3, os momentos dipolares elétricos das ligações não se contrabalançam, o que resulta em um momento dipolo líquido. Devido a isso, O3 (Ozônio) é polar por natureza.
Vamos estudar isto em detalhe.
Estrutura molecular de O3
Vejamos pela primeira vez a estrutura de Lewis do O3. O oxigênio (O) tem um número atômico de 8 e há 6 elétrons em sua valência.
O átomo médio de oxigênio compartilha 4 elétrons para formar 1 ligação dupla e 1 ligação simples com os outros 2 átomos de oxigênio.
Algumas vezes as pessoas ficam confusas de que se o oxigênio do meio faz 1 ligação dupla e 1 ligação simples com os outros 2 átomos de oxigênio, então deve haver 3 elétrons desacoplados sobre ele. Mas na realidade, restam apenas 2 elétrons desacoplantes no átomo médio de oxigênio.
É porque o O3 tem 2 estruturas de ressonância que continuam a ressonar e a dupla ligação e formas de ligação única alternativamente em ambos os lados. Ambas as estruturas são mostradas na figura acima.
Hence, o átomo médio de oxigênio é deixado com 1 par único de elétrons. Além disso, o par solitário proporciona maior repulsão aos pares de ligação em ambos os lados, a geometria molecular do O3 sai para ser dobrada. O ângulo entre os seus pares de ligação sai para 116 graus.
Due para a repulsão do par de ligação de par solitário, a molécula O3 é dobrada em forma que resulta em um dipolo líquido que transmite polaridade na molécula.
Porque é O2 não polar mas O3 polar?
Na molécula O2, 2 átomos de oxigénio são unidos com uma dupla ligação entre eles. Cada um destes átomos tem 2 pares solitários um sobre o outro, mas como existem apenas 2 átomos nesta molécula, o O2 tem uma forma linear.
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Também, os átomos são os mesmos, ou seja, o átomo de oxigénio, portanto, não existe um momento dipolo líquido na molécula. Portanto, a molécula de O2 sai como não polar.
Mas o caso do O3 é diferente, pois existem 3 átomos devido ao qual ele tem uma forma dobrada. Esta forma dobrada resulta em dipolo elétrico líquido que transmite natureza polar na molécula O3.
A molécula Ozônio não mantém qualquer simetria, ela é dobrada em forma devido a pares solitários desiguais em todos os átomos de oxigênio.
É muito sabido que a repulsão de pares solitários – pares solitários é maior do que a repulsão de pares de ligações e pares solitários de ligações. Portanto, os átomos de oxigénio em Ozone enfrentam uma repulsão de par único – par único que leva a uma forma dobrada.
O átomo externo de oxigénio que está ligado ao átomo central tem uma carga parcialmente negativa uma vez que contém mais pares únicos do que outros átomos de oxigénio. Enquanto o átomo central de oxigênio tem uma carga parcialmente positiva.
Fatores que determinam a polaridade de uma molécula
Momento dipolo
A molécula polar tem sempre um valor de momento dipolo líquido. Por exemplo, o momento dipolo do ozono é 0,53 D. Debye é a unidade SI do momento dipolo denotado por ‘D’.
O momento dipolo líquido de uma molécula não polar sai para ser 0 D. Quanto maior o valor do momento dipolo líquido, maior é a polaridade da molécula.
Electronegatividade
Em uma molécula, se houver uma diferença nas electronegatividades de ambos os átomos então a ligação compartilhada por ambos é polar. Maior diferença nas electronegatividades dos átomos é a polaridade geral.
Se olharmos para a estrutura de uma molécula de Oxigénio, ambos os átomos de oxigénio têm a mesma electronegatividade. Assim, O2 é não-polar.
Simetria
A polaridade e não-polaridade de uma molécula também pode ser determinada apenas pela visualização da geometria estrutural de uma molécula. Se a molécula não tem simetria, ela sai como uma molécula polar e se a forma é simétrica, ela é não polar.
Se olharmos para a molécula de gás dióxido de carbono, a ligação C-O é polar devido à diferença de eletronegatividade. A molécula de CO2 sendo simétrica tem ambas as ligações C-O a 180 graus que anulam a polaridade. Assim, o CO2 é não-polar.
Ozono protege a terra dos raios ultravioletas provenientes do sol. Uma camada é formada em torno do espectro da atmosfera e absorve fortemente os raios UV em torno de 220-290 nm.
Sem esta camada, estes raios UV podem danificar a vida aquática e as plantas na superfície da terra e os seres humanos também. No entanto, a camada de ozônio está se esgotando devido ao aquecimento global aumentando dia a dia.
Ozônio é mais denso do que o ar no ambiente. Sua densidade de vapor é cerca de 24,
Na liquidação do ozônio, ele muda para um líquido de cor azul profundo.
Ozônio puro existe em uma forma gasosa de cor azul com um odor muito irritante. Na solidificação, ele existe como cristais negros-violeta.
O ponto de ebulição do Ozônio está em torno de -112 graus Celcius.
Ozônio é solúvel na água à pressão atmosférica. Assim, o ozônio é um bom oxidante com um potencial de oxidação de 2,07 V. Sendo um oxidante forte, também é usado no tratamento de água.
Ozônio é eletrofílico e reage muito seletivamente com outros elementos.
Ozônio é menos estável na água do que no ar. Na água, a semi-vida do ozono repousa cerca de 20 minutos enquanto que, no ar, a semi-vida repousa até 12 horas.
No tratamento de água, é utilizado para a esterilização da água potável devido à sua propriedade oxidante.
Também é utilizado nas indústrias têxteis para branqueamento.
Então, espero que tenha compreendido porque é que o ozono é polar na natureza e quais são as suas características.