O gás hidrogênio é um importante insumo industrial, sendo usado na fabricação de produtos químicos, na hidrogenação de compostos orgânicos insaturad...

Alternativa (E) - angular e apolar.

Introdução

A questão aborda dois conceitos fundamentais da química: a geometria molecular e a polaridade das moléculas. Ambos são cruciais para entender as propriedades físicas e químicas das substâncias, como pontos de fusão, ebulição, solubilidade e reatividade. Através da análise da estrutura das moléculas envolvidas na reação química fornecida (H₂O (g) + C (s) → CO (g) + H₂ (g)), podemos determinar suas características geométricas e polares.

Desenvolvimento

Para resolver a questão, precisamos analisar o reagente gasoso (H₂O) e o produto classificado como substância simples (H₂).

1. Geometria Molecular do H₂O (Reagente Gasoso): A geometria molecular é determinada pelo número de pares de elétrons (ligantes e não ligantes) ao redor do átomo central, seguindo a Teoria da Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência (VSEPR - Valence Shell Electron Pair Repulsion).

   • No caso da molécula de água (H₂O), o átomo central é o oxigênio (O).
   • O oxigênio pertence ao Grupo 16 da Tabela Periódica, possuindo 6 elétrons de valência.
   • Cada átomo de hidrogênio (H) compartilha 1 elétron, formando duas ligações simples com o oxigênio.
   • Assim, o oxigênio utiliza 2 de seus elétrons de valência para formar as ligações com o hidrogênio, restando 4 elétrons de valência que formam dois pares de elétrons não ligantes (ou pares isolados).
   • Portanto, o átomo central de oxigênio possui 2 pares de elétrons ligantes (com H) e 2 pares de elétrons não ligantes. Isso totaliza 4 domínios de elétrons.
   • De acordo com a teoria VSEPR, 4 domínios de elétrons resultam em uma geometria eletrônica tetraédrica. No entanto, a geometria molecular considera apenas a disposição dos átomos. Os dois pares de elétrons não ligantes exercem maior repulsão sobre os pares ligantes, empurrando os átomos de hidrogênio para baixo e diminuindo o ângulo de ligação (de 109,5° para aproximadamente 104,5°).
   • A geometria molecular resultante para a água é angular (ou em "V").

2. Polaridade da Molécula do Produto que é uma Substância Simples (H₂): Primeiro, precisamos identificar qual dos produtos é uma substância simples.

   • Os produtos da reação são CO (monóxido de carbono) e H₂ (gás hidrogênio).
   • Uma substância simples é aquela formada por um único tipo de elemento químico.
     • CO é formado por carbono (C) e oxigênio (O), sendo, portanto, uma substância composta.
     • H₂ é formado apenas por hidrogênio (H), sendo, portanto, uma substância simples. Agora, vamos determinar a polaridade da molécula de H₂.
   • A polaridade de uma molécula depende de dois fatores: a polaridade das ligações e a geometria molecular.
   • Em uma ligação, a polaridade surge da diferença de eletronegatividade entre os átomos. Se a diferença é zero, a ligação é apolar; se é significativa, a ligação é polar.
   • Na molécula de H₂, ambos os átomos são de hidrogênio. A diferença de eletronegatividade entre dois átomos idênticos é zero (ΔEN = 0).
   • Isso significa que a ligação covalente entre os dois átomos de hidrogênio é apolar.
   • Como H₂ é uma molécula diatômica homonuclear (composta por dois átomos iguais) e sua única ligação é apolar, a molécula como um todo é apolar.

Análise

Vamos analisar as alternativas com base nas conclusões obtidas:

| Característica | H₂O (reagente gasoso) | H₂ (produto substância simples) | | :-------------------------- | :-------------------- | :------------------------------ | | Geometria Molecular | Angular | N/A | | Polaridade Molecular | N/A | Apolar |

• Geometria de H₂O: Angular (devido a 2 pares ligantes e 2 pares não ligantes no oxigênio central).
• Polaridade de H₂: Apolar (molécula diatômica homonuclear, ΔEN = 0).

Agora, comparando com as alternativas:

• (A) angular e polar. A geometria "angular" para H₂O está correta, mas a polaridade "polar" para H₂ está incorreta. H₂ é apolar.
• (B) linear e polar. A geometria "linear" para H₂O está incorreta (H₂O é angular), e a polaridade "polar" para H₂ está incorreta.
• (C) piramidal e apolar. A geometria "piramidal" para H₂O está incorreta (piramidal é para moléculas com 3 ligações e 1 par isolado, como NH₃), embora a polaridade "apolar" para H₂ esteja correta.
• (D) linear e apolar. A geometria "linear" para H₂O está incorreta.
• (E) angular e apolar. A geometria "angular" para H₂O está correta, e a polaridade "apolar" para H₂ está correta.

Conclusão

A análise detalhada da geometria molecular do reagente gasoso (água) e da polaridade do produto que é uma substância simples (gás hidrogênio) demonstra que a molécula de água (H₂O) possui geometria angular devido aos dois pares de elétrons não ligantes no átomo de oxigênio central, e a molécula de gás hidrogênio (H₂) é apolar, pois é formada por dois átomos idênticos sem diferença de eletronegatividade. Portanto, a alternativa que corretamente descreve essas características é "angular e apolar".

Alternativa (E).