POLARYZACJA (CHEMIA): CZĄSTECZKI POLARNE I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2025

Polarność jest właściwością charakteryzuje obecność oznaczone niejednorodny rozkład gęstości elektronowej w cząsteczce. W jego strukturze znajdują się zatem obszary naładowane ujemnie (δ-), a inne naładowane dodatnio (δ +), generujące moment dipolowy.

Moment dipolowy (µ) wiązania jest formą wyrażenia polarności cząsteczki. Zwykle jest przedstawiany jako wektor, którego początek znajduje się w ładunku (+), a jego koniec znajduje się w ładunku (-), chociaż niektórzy chemicy przedstawiają to odwrotnie.

Mapa potencjału elektrostatycznego dla cząsteczki wody. Źródło: Benjah-bmm27 za pośrednictwem Wikipedii.

Górny obraz przedstawia mapę potencjału elektrostatycznego wody, H ₂ O. Czerwonawy obszar (atom tlenu) odpowiada obszarowi o największej gęstości elektronowej, można też zauważyć, że wyróżnia się on na niebieskich obszarach (atomy wodoru) ).

Ponieważ rozkład wspomnianej gęstości elektronów jest niejednorodny, mówi się, że istnieje biegun dodatni i ujemny. Dlatego mówimy o „polarności” chemicznej i momencie dipolowym.

Moment dipolowy

Moment dipolowy µ jest określony przez następujące równanie:

µ = δ · d

Gdzie δ to ładunek elektryczny każdego bieguna, dodatni (+ δ) lub ujemny (–δ), a d to odległość między nimi.

Moment dipolowy jest zwykle wyrażany w debye, reprezentowany przez symbol D. Jeden kulomb · metr równa się 2,998 · 10 ²⁹ D.

Wartość momentu dipolowego wiązania między dwoma różnymi atomami jest zależna od różnicy elektroujemności atomów tworzących wiązanie.

Aby cząsteczka była polarna, nie wystarczy mieć w swojej strukturze wiązań polarnych, ale musi też mieć asymetryczną geometrię; w taki sposób, że zapobiega wektorowemu znoszeniu się momentów dipolowych.

Asymetria w cząsteczce wody

Cząsteczka wody ma dwa wiązania OH. Geometria cząsteczki jest kanciasta, to znaczy ma kształt litery „V”; dlatego momenty dipolowe wiązań nie znoszą się nawzajem, ale raczej ich suma jest skierowana w stronę atomu tlenu.

Odzwierciedla to mapa potencjału elektrostatycznego dla H ₂ O.

Jeśli obserwuje się kanciastą cząsteczkę HOH, może powstać następujące pytanie: czy naprawdę jest asymetryczna? Jeśli wyimaginowana oś zostanie narysowana przez atom tlenu, cząsteczka podzieli się na dwie równe połowy: HOOH.

Ale tak nie jest, jeśli wyimaginowana oś jest pozioma. Kiedy ta oś podzieli teraz cząsteczkę z powrotem na dwie połowy, atom tlenu będzie po jednej stronie, a dwa atomy wodoru po drugiej.

Z tego powodu pozorna symetria H ₂ O przestaje istnieć i dlatego jest uważana za asymetryczną cząsteczkę.

Cząsteczki polarne

Cząsteczki polarne muszą spełniać szereg cech, takich jak:

-Rozkład ładunków elektrycznych w strukturze molekularnej jest asymetryczny.

-Zwykle są rozpuszczalne w wodzie. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki polarne mogą oddziaływać siłami dipolowo-dipolowymi, w których woda charakteryzuje się dużym momentem dipolowym.

Ponadto jego stała dielektryczna jest bardzo wysoka (78,5), co pozwala na oddzielenie ładunków elektrycznych, zwiększając jego rozpuszczalność.

-Ogólnie rzecz biorąc, cząsteczki polarne mają wysokie temperatury wrzenia i topnienia.

Siły te są tworzone przez oddziaływanie dipol-dipol, siły dyspersyjne Londynu i tworzenie wiązań wodorowych.

-Ze względu na swój ładunek elektryczny cząsteczki polarne mogą przewodzić prąd.

Przykłady

południowy zachód

Dwutlenek siarki (SO ₂ ). Tlen ma elektroujemność 3,44, podczas gdy elektroujemność siarki wynosi 2,58. Dlatego tlen jest bardziej elektroujemny niż siarka. Istnieją dwa wiązania S = O, przy czym O ma ładunek δ-, a S ma ładunek δ +.

Ponieważ jest to cząsteczka kątowa z S na wierzchołku, dwa momenty dipolowe są zorientowane w tym samym kierunku; i dlatego sumują się, czyniąc cząsteczkę SO ₂ polarną.

CHCl

Chloroform (HCCl ₃ ). Jest jedno wiązanie CH i trzy wiązania C-Cl.

Elektroujemność C wynosi 2,55, a elektroujemność H 2,2. Zatem węgiel jest bardziej elektroujemny niż wodór; i dlatego moment dipolowy będzie zorientowany od H (δ +) do C (δ-): C ^δ- -H ^{δ +} .

W przypadku wiązań C-Cl, C ma elektroujemność 2,55, podczas gdy Cl ma elektroujemność 3,16. Wektor dipolowy lub moment dipolowy jest zorientowany od C do Cl w trzech wiązaniach C ^{δ +} -Cl ^δ- .

Ponieważ nie jest to ubogie w elektrony region wokół atomu wodoru i obszaru bogaty w elektrony składające się z trzech atomów chloru, CHCI ₃ jest uznawany za cząsteczkę polarny.

HF

Fluorowodór ma tylko jedno wiązanie HF. Elektroujemność H wynosi 2,22, a elektroujemność F 3,98. Dlatego fluor ma najwyższą gęstość elektronową, a wiązanie między obydwoma atomami najlepiej opisać jako: H ^{δ +} -F ^δ- .

NH

Amoniak (NH ₃ ) ma trzy wiązania NH. Elektroujemność N wynosi 3,06, a elektroujemność H 2,22. We wszystkich trzech wiązaniach gęstość elektronów jest ukierunkowana na azot i jest jeszcze wyższa dzięki obecności pary wolnych elektronów.

Cząsteczka NH ₃ jest tetraedryczna, z atomem N zajmuje wierzchołek. Trzy momenty dipolowe odpowiadające wiązaniom NH są zorientowane w tym samym kierunku. W nich δ- znajduje się w N, a δ + w H. Tak więc wiązania to: N ^δ- -H ^{δ +} .

Te momenty dipolowe, asymetria cząsteczki i wolna para elektronów na azocie sprawiają, że amoniak jest wysoce polarną cząsteczką.

Makrocząsteczki z heteroatomami

Gdy cząsteczki są bardzo duże, nie ma już pewności, aby klasyfikować je jako niepolarne lub polarne. Dzieje się tak, ponieważ mogą istnieć części jego struktury o właściwościach zarówno niepolarnych (hydrofobowych), jak i polarnych (hydrofilowych).

Tego typu związki są znane jako amfifile lub amfipatyki. Ponieważ część niepolarną można uznać za ubogą w elektrony w stosunku do części polarnej, w strukturze występuje polarność, a związki amfifilowe są uważane za związki polarne.

Można ogólnie oczekiwać, że makrocząsteczka z heteroatomami będzie miała momenty dipolowe, a tym samym chemiczną polarność.

Pod pojęciem heteroatomów rozumie się te, które różnią się od tych, które tworzą szkielet struktury. Na przykład szkielet węglowy jest biologicznie najważniejszy ze wszystkich, a atom, z którym węgiel tworzy wiązanie (oprócz wodoru) nazywany jest heteroatomem.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. Prof. Krishnan. (2007). Związki polarne i niepolarne. St. Louis Community College. Odzyskany z: users.stlcc.edu
3. Murmson, Serm. (14 marca 2018). Jak wyjaśnić biegunowość. Nauka. Odzyskany z: sciencing.com
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (05 grudnia 2018). Definicja i przykłady wiązania biegunowego (biegunowe wiązanie kowalencyjne). Odzyskany z: thinkco.com
5. Wikipedia. (2019). Polaryzacja chemiczna. Odzyskane z: en.wikipedia.org
6. Quimitube. (2012). Wiązanie kowalencyjne: polaryzacja wiązania i polarność molekularna. Odzyskany z: quimitube.com