CZĄSTECZKI NIEPOLARNE: CHARAKTERYSTYKA, IDENTYFIKACJA I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2025

W niepolarnych cząsteczek są te, które występują w ich strukturze symetryczny rozkład elektronowej. Jest to możliwe, jeśli różnica elektroujemności ich atomów jest niewielka lub jeśli elektroujemne atomy lub grupy wektorowo znoszą swój wpływ na cząsteczkę.

Nie zawsze „niepolarność” jest absolutna. Z tego powodu cząsteczki o niskiej polarności są czasami uważane za niepolarne; to znaczy, że ma moment dipolowy µ bliski 0. Tutaj wkraczamy w pole względne: jak nisko musi być µ, aby cząsteczka lub związek mógł być uznany za niepolarny?

Niepolarna cząsteczka BF3. Źródło: Benjah-bmm27 przez Commons Wikimedia.

Aby lepiej rozwiązać ten problem, istnieje cząsteczka trifluorku boru, BF ₃ (górne zdjęcie).

Atom fluoru jest znacznie bardziej elektroujemny niż atom boru, dlatego wiązania BF są polarne. Jednak cząsteczka BF ₃ jest symetryczna (płaszczyzna trygonalna) i pociąga za sobą anulowanie wektora trzech momentów BF.

W ten sposób generowane są również cząsteczki niepolarne, nawet przy istnieniu wiązań polarnych. Wytworzoną polaryzację można zrównoważyć przez istnienie innego ogniwa biegunowego o tej samej wielkości co poprzednie, ale zorientowanego w przeciwnym kierunku; jak to ma miejsce w BF ₃ .

Charakterystyka cząsteczki niepolarnej

Symetria

Aby efekty wiązań polarnych znosiły się wzajemnie, cząsteczka musi mieć określoną strukturę geometryczną; na przykład liniowy, najłatwiejszy do zrozumienia na pierwszy rzut oka.

Tak jest w przypadku dwutlenku węgla (CO ₂ ), który ma dwa wiązania polarne (O = C = O). Dzieje się tak, ponieważ dwa momenty dipolowe wiązań C = O znoszą się, gdy jeden jest skierowany w jedną stronę, a drugi w drugą, pod kątem 180 °.

Dlatego jedną z pierwszych cech, które należy wziąć pod uwagę podczas oceny „niepolarności” cząsteczki z lotu ptaka, jest obserwacja, jak jest ona symetryczna.

Załóżmy, że zamiast CO ₂ mamy cząsteczkę COS (O = C = S), zwaną siarczkiem karbonylu.

Teraz nie jest już cząsteczką niepolarną, ponieważ elektroujemność siarki jest mniejsza niż elektroujemności tlenu; i dlatego moment dipolowy C = S różni się od momentu C = O. W rezultacie COS jest cząsteczką polarną (jak polarna jest inna materia).

Poniższy obraz graficznie podsumowuje wszystko, co właśnie opisano:

Momenty dipolowe cząsteczek CO2 i COS. Źródło: Gabriel Bolívar.

Zauważ, że moment dipolowy wiązania C = S jest mniejszy niż wiązania C = O w cząsteczce COS.

Elektroujemność

Elektroujemność w skali Paulinga ma wartości od 0,65 (dla franka) do 4,0 (dla fluoru). Ogólnie halogeny mają wysoką elektroujemność.

Gdy różnica elektroujemności pierwiastków tworzących wiązanie kowalencyjne jest mniejsza lub równa 0,4, mówi się, że jest ona niepolarna lub niepolarna. Jednak jedynymi prawdziwie niepolarnymi cząsteczkami są te utworzone przez wiązania między identycznymi atomami (takie jak wodór, HH).

Siły międzycząsteczkowe

Aby substancja rozpuściła się w wodzie, musi oddziaływać elektrostatycznie z cząsteczkami; interakcje, których niepolarne cząsteczki nie mogą wykonać.

W cząsteczkach niepolarnych ich ładunki elektryczne nie są ograniczone do jednego końca cząsteczki, ale są rozmieszczone symetrycznie (lub jednorodnie). Dlatego nie jest w stanie oddziaływać poprzez siły dipol-dipol.

Zamiast tego, niepolarne cząsteczki oddziałują ze sobą poprzez siły rozpraszające Londynu; Są to chwilowe dipole, które polaryzują chmurę elektronową atomów sąsiednich cząsteczek. W tym przypadku masa cząsteczkowa jest głównym czynnikiem wpływającym na właściwości fizyczne tych cząsteczek.

Jak je zidentyfikować?

-Być może jedną z najlepszych metod identyfikacji niepolarnej cząsteczki jest jej rozpuszczalność w różnych polarnych rozpuszczalnikach, które są na ogół niezbyt w nich rozpuszczalne.

-Ogólnie rzecz biorąc, cząsteczki niepolarne mają charakter gazowy. Mogą również tworzyć niemieszalne ciecze z wodą.

-Apolarne ciała stałe charakteryzują się miękkością.

- Siły dyspersji, które trzymają je razem, są na ogół słabe. Z tego powodu ich temperatury topnienia lub wrzenia są zwykle niższe niż w przypadku związków o charakterze polarnym.

- Cząsteczki polarne, zwłaszcza w postaci płynnej, są słabymi przewodnikami prądu, ponieważ nie mają ładunku elektrycznego netto.

Przykłady

Gazy szlachetne

Chociaż nie są cząsteczkami, gazy szlachetne są uważane za niepolarne. Jeśli założyć, że dwa z jego atomów, He-He, oddziałują ze sobą przez krótki czas, wspomnianą interakcję można uznać (w połowie) za cząsteczkę; cząsteczka, która byłaby z natury niepolarna.

Cząsteczki dwuatomowe

Cząsteczki dwuatomowe, takie jak H ₂ , Br ₂ , I ₂ , Cl ₂ , O ₂ i F ₂ , są niepolarne. Mają one ogólny wzorze A ₂ , AA.

Węglowodory

A co by było, gdyby A była grupą atomów? Byłoby przed innymi związkami niepolarnymi; na przykład etan, CH _3- CH ₃ , którego szkielet węglowy jest liniowy, CC.

Metan, CH ₄ i etan, C ₂ H ₆ , to cząsteczki niepolarne. Węgiel ma elektroujemność 2,55; podczas gdy elektroujemność wodoru wynosi 2,2. Dlatego istnieje wektor dipolowy o niskiej intensywności, zorientowany od wodoru do węgla.

Jednak ze względu na geometryczną symetrię cząsteczek metanu i etanu suma wektorów dipolowych lub momentów dipolowych w ich cząsteczkach wynosi zero, więc na cząsteczkach nie ma ładunku netto.

Ogólnie rzecz biorąc, to samo dzieje się ze wszystkimi węglowodorami, a nawet jeśli występują w nich nienasycenia (wiązania podwójne i potrójne), uważa się je za związki niepolarne lub o niskiej polarności. Węglowodory cykliczne to także cząsteczki niepolarne, takie jak cykloheksan czy cyklobutan.

Inni

Cząsteczki dwutlenku węgla (CO ₂ ) i dwusiarczku węgla (CS ₂ ) to cząsteczki niepolarne, obie o geometrii liniowej.

W disiarczku węgla elektroujemność węgla wynosi 2,55, podczas gdy elektroujemność siarki wynosi 2,58; więc oba elementy mają praktycznie taką samą elektroujemność. Nie ma generowania wektora dipolowego, a zatem ładunek netto wynosi zero.

Podobnie istnieją następujące cząsteczki CCl ₄ i AlBr ₃ , obie niepolarne:

Cząsteczki CCl4 i AlBr3. Źródło: Gabriel Bolívar.

W tribromku glinu AlBr ₃ zachodzi tak samo jak w przypadku BF ₃ , na początku artykułu. Tymczasem dla tetrachlorku węgla, CCl ₄ , geometria jest tetraedryczna i symetryczna, ponieważ wszystkie wiązania C-Cl są takie same.

Podobnie cząsteczki o ogólnym wzorze CX ₄ (CF ₄ , CI ₄ i CBr ₄ ) są również niepolarne.

I wreszcie, polarny cząsteczka może nawet ośmiościenny geometrii, jak to ma miejsce w przypadku sześciofluorek siarki, SF ₆ . W rzeczywistości może mieć dowolną geometrię lub strukturę, o ile jest symetryczny, a jego dystrybucja elektroniczna jest jednorodna.

Bibliografia

1. Carey FA (2008). Chemia organiczna. Kwasy karboksylowe. (Wydanie szóste). Mc Graw Hill.
2. Cedrón J., Landa V., Robles J. (2011). Polarność molekularna. Odzyskany z: corinto.pucp.edu.pe
3. Widok nauczyciela. (2018). Cząsteczka niepolarna. Odzyskany z: chemistry.tutorvista.com
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (28 stycznia 2019). Przykłady molekuł polarnych i niepolarnych. Odzyskany z: thinkco.com
5. Kurtus R. (19 września 2016). Cząsteczki polarne i niepolarne. Szkoła dla mistrzów. Odzyskany z: school-for-champions.com
6. Ganong W. (2004). Fizjologia medyczna. Wydanie 19 ^th . Od redakcji Modern Manual.