ПОЛЯРНОСТЬ (ХИМИЯ): ПОЛЯРНЫЕ МОЛЕКУЛЫ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Химическая полярность является свойство характеризуется наличием выраженного неоднородного распределения плотностей электронов в молекуле. Следовательно, в его структуре есть отрицательно заряженные области (δ-) и другие положительно заряженные (δ +), создающие дипольный момент.

Дипольный момент (µ) связи - это форма выражения полярности молекулы. Обычно его представляют как вектор, начало которого находится в заряде (+), а его конец расположен в заряде (-), хотя некоторые химики представляют его наоборот.

Карта электростатического потенциала молекулы воды. Источник: Benjah-bmm27 через Википедию.

На верхнем изображении показана карта электростатического потенциала воды, H ₂ O. Красноватая область (атом кислорода) соответствует области с наибольшей электронной плотностью, и также можно увидеть, что она выделяется на синих областях (атомы водорода ).

Поскольку распределение указанной электронной плотности неоднородно, говорят, что существует положительный и отрицательный полюсы. Вот почему мы говорим о химической «полярности» и дипольном моменте.

Дипольный момент

Дипольный момент µ определяется следующим уравнением:

µ = δ · d

Где δ - электрический заряд каждого полюса, положительный (+ δ) или отрицательный (–δ), а d - расстояние между ними.

Дипольный момент обычно выражается в дебае и обозначается символом D. Один кулон · метр равен 2,998 · 10 ²⁹ D.

Значение дипольного момента связи между двумя разными атомами зависит от разницы в электроотрицательности атомов, образующих связь.

Для того чтобы молекула была полярной, недостаточно иметь полярные связи в ее структуре, но она также должна иметь асимметричную геометрию; таким образом, что он не позволяет дипольным моментам векторно компенсировать друг друга.

Асимметрия в молекуле воды

Молекула воды имеет две связи ОН. Геометрия молекулы угловая, то есть имеет форму буквы «V»; следовательно, дипольные моменты связей не компенсируют друг друга, а скорее их сумма создается направленной к атому кислорода.

Карта электростатического потенциала для H ₂ O отражает это.

Если наблюдается угловатая молекула HOH, может возникнуть вопрос: действительно ли она асимметрична? Если провести воображаемую ось через атом кислорода, молекула разделится на две равные половины: HOOH.

Но это не так, если мнимая ось расположена горизонтально. Когда эта ось теперь делит молекулу обратно на две половины, у вас будет атом кислорода с одной стороны и два атома водорода с другой.

По этой причине кажущаяся симметрия H ₂ O перестает существовать, и поэтому она считается асимметричной молекулой.

Полярные молекулы

Полярные молекулы должны соответствовать ряду характеристик, таких как:

-Распределение электрических зарядов в молекулярной структуре асимметрично.

-Они обычно растворимы в воде. Это связано с тем, что полярные молекулы могут взаимодействовать посредством диполь-дипольных сил, при этом вода характеризуется большим дипольным моментом.

Кроме того, его диэлектрическая проницаемость очень высока (78,5), что позволяет разделять электрические заряды, увеличивая его растворимость.

-В общем, полярные молекулы имеют высокие температуры кипения и плавления.

Эти силы состоят из диполь-дипольного взаимодействия, лондонских дисперсионных сил и образования водородных связей.

-Из-за своего электрического заряда полярные молекулы могут проводить электричество.

Примеры

SW

Диоксид серы (SO ₂ ). Электроотрицательность кислорода составляет 3,44, а у серы - 2,58. Следовательно, кислород более электроотрицателен, чем сера. Есть две связи S = ​​O: O имеет заряд δ, а S имеет заряд δ +.

Поскольку это угловая молекула с S в вершине, два дипольных момента ориентированы в одном направлении; и, следовательно, они складываются, делая молекулу SO ₂ полярной.

CHCl

Хлороформ (HCCl ₃ ). Есть одна связь CH и три связи C-Cl.

Электроотрицательность C составляет 2,55, а электроотрицательность H составляет 2,2. Таким образом, углерод более электроотрицателен, чем водород; и, следовательно, дипольный момент будет ориентирован от H (δ +) к C (δ-): C ^δ- -H ^{δ +} .

В случае связей C-Cl, C имеет электроотрицательность 2,55, в то время как Cl имеет электроотрицательность 3,16. Дипольный вектор или дипольный момент ориентирован от C к Cl в трех связях C ^{δ +} -Cl ^δ- .

Поскольку вокруг атома водорода есть бедная электронами область и богатая электронами область, состоящая из трех атомов хлора, CHCl ₃ считается полярной молекулой.

HF

Фтористый водород имеет только одну HF-связь. Электроотрицательность H составляет 2,22, а электроотрицательность F составляет 3,98. Следовательно, фтор имеет самую высокую электронную плотность, и связь между обоими атомами лучше всего описывается как: H ^{δ +} -F ^δ- .

Нью-Гемпшир

Аммиак (NH ₃ ) имеет три связи NH. Электроотрицательность N составляет 3,06, а электроотрицательность H составляет 2,22. Во всех трех связях электронная плотность ориентирована в сторону азота, и она еще выше из-за наличия пары свободных электронов.

Молекула NH ₃ является тетраэдрической с атомом N в вершине. Три дипольных момента, соответствующие связям NH, ориентированы в одном направлении. В них δ- находится в N, а δ + - в H. Таким образом, связи следующие: N ^δ- -H ^{δ +} .

Эти дипольные моменты, асимметрия молекулы и свободная пара электронов на азоте делают аммиак очень полярной молекулой.

Макромолекулы с гетероатомами

Когда молекулы очень большие, их уже нельзя классифицировать как неполярные или полярные. Это связано с тем, что в его структуре могут быть части как с неполярными (гидрофобными), так и с полярными (гидрофильными) характеристиками.

Эти типы соединений известны как амфифилы или амфипатики. Поскольку аполярная часть может считаться бедной электронами по сравнению с полярной частью, в структуре присутствует полярность, и амфифильные соединения считаются полярными соединениями.

Обычно можно ожидать, что макромолекула с гетероатомами будет иметь дипольные моменты и, следовательно, химическую полярность.

Под гетероатомами понимаются те атомы, которые отличаются от тех, которые составляют скелет структуры. Например, углеродный скелет является биологически наиболее важным из всех, а атом, с которым углерод образует связь (помимо водорода), называется гетероатомом.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия. (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Проф. Кришнан. (2007). Полярные и неполярные соединения. Общественный колледж Сент-Луиса. Получено с: users.stlcc.edu
3. Murmson, Serm. (14 марта 2018 г.). Как объяснить полярность. Sciencing. Получено с: sciencing.com
4. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (05 декабря 2018). Определение и примеры полярной связи (полярная ковалентная связь). Получено с: thinkco.com
5. Wikipedia. (2019). Химическая полярность. Получено с: en.wikipedia.org
6. Quimitube. (2012). Ковалентная связь: полярность связи и молекулярная полярность. Получено с: quimitube.com