Dipolni moment je kemijska lastnost, ki kaže, kako heterogeno električni stroški so razdeljeni v molekuli. Izražen je v enotah Debye, 3,33 · 10 -30 C · m, na splošno pa se njegove vrednosti gibljejo od 0 do 11 D.
Visoko polarne spojine imajo ponavadi velike dipolne trenutke; medtem ko so apolarni majhni dipolni trenutki. Bolj kot so polarizirani električni naboji v molekuli, večji je njen dipolni moment; to pomeni, da mora obstajati območje, ki je bogato z elektroni, δ- in drugo slabo z elektroni, δ +.
Dvobarvna radirka služi kot analogija dvema molekulima, pozitivnim in negativnim, z označenim dipolnim trenutkom. Vir: Pexels.
Dipolni moment, μ, je vektorska količina, zato nanjo vplivajo koti vezi in na splošno molekularna struktura.
Ko je molekula linearna, jo lahko primerjamo z dvobarvno radirko. Njegov negativni konec δ- bi ustrezal rdeči barvi; medtem ko bi bila pozitivna δ + modra. Ko se povečata vrednost negativnih nabojev na δ-polu in razdalja, ki ga loči od δ +, se dipolni moment poveča.
Kemijsko pomeni, da večja razlika v elektronegativnosti med dvema atomoma in daljša razdalja, ki ju ločuje, večji je dipolni moment med njima.
Kako se izračuna dipolni trenutek?
Šteje se za kovalentno vez med dvema atomoma, A in B:
AB
Razdalja med pozitivnimi in negativnimi delnimi naboji je že določena z dolžino njihove vezi:
A δ + -B δ-
Ker imajo protoni in elektroni enako velikost električnega naboja, vendar z nasprotnimi znaki, 1,6 · 10 -19 C, se to upošteva pri ocenjevanju dipolnega trenutka med A in B z uporabo naslednje enačbe:
μ = δd
Kjer je μ dipolni moment, je δ naboj elektrona brez negativnega znaka in d je dolžina vezi, izražena v metrih. Na primer, če predpostavimo, da ima d vrednost 2 Å (1 · 10 -10 m) dipolni moment, bo μA-B:
μA-B = (1,6 10 -19 C) (2 10 -10 m)
= 3,2 10 -29 C m
Ker pa je ta vrednost zelo majhna, se uporablja enota Debye:
μ = (3,2 · 10 -29 C · m) · (1 D / 3,33 · 10 -30 C · m)
= 9,60 D
Ta vrednost μA-B bi lahko slutila, da je vez AB bolj ionska kot kovalentna.
Primeri
Voda
Dipolni moment molekule vode. Vir: Gabriel Bolívar.
Za izračun dipolnega trenutka molekule je treba vektorično dodati vse dipolne trenutke njihovih vez, upoštevajoč kote vezi in malo trigonometrije. To na začetku.
Voda ima enega največjih dipolnih trenutkov, kar bi lahko pričakovali za kovalentno spojino. Na zgornji sliki imamo, da imajo atomi vodika pozitivne delne naboje, δ +, medtem ko kisik nosi negativni delni naboj, δ-. Oh vez je dokaj polarna (1.5D), in da sta dva od njih v H z 2 O molekule .
Običajno je narisan vektor, ki je usmerjen od najmanj elektronegativnega atoma (H) do najbolj elektronegativnega (O). Čeprav jih ne vleče, sta na atomu kisika dva para neslanih elektronov, ki negativno območje še bolj »koncentrirata«.
Zaradi kotni geometriji H 2 O, dipola trenutki dodati v smeri atomom kisika. Upoštevajte, da bi vsota dveh μO-H dala 3D (1,5 + 1,5); vendar ni tako. Dipolni moment vode ima eksperimentalno vrednost 1,85D. Tukaj je prikazan učinek skoraj 105 ° kota med HOH vezmi.
Metanol
Dipolni moment molekule metanola. Vir: Gabriel Bolívar.
Dipolni moment metanola je 1,69D. Manj je kot vode. Zato atomske mase nimajo veliko vpliva na dipolni moment; toda njihovi atomski polmeri so. V primeru metanola ne moremo reči, da ima njegova HO vez μ enako 1,5D; saj so molekulske okolja se razlikujejo v CH 3 OH in H 2 O.
Zato je treba za izračun μO-H izmeriti dolžino HO vezanja v metanolu. Lahko rečemo, da je μO-H večji od μC-O, saj je razlika med ogljikom in kisikom manjša kot med vodikom in kisikom.
Metanol je naveden kot eno najbolj polarnih topil, ki ga lahko najdemo skupaj z vodo in amonijakom.
Amoniak
Dipolni moment molekule amoniaka. Vir: Gabriel Bolívar.
Veze HN so precej polarne, zato dušik zaradi večje elektronegativnosti privlači elektrone k sebi (zgornja slika). Poleg tega imamo na sebi nerazdeljen par elektronov, ki prispevajo svoje negativne naboje do δ- območja. Zato na dušikovem atomu amoniaka prevladujejo električni naboji.
Amonijak ima dipolni moment 1,42D, manj kot metanol. Če bi se lahko amoniak in metanol pretvorili v radirke, bi videli, da ima radirka metanol bolj definirane droge v primerjavi z radirko za amoniak.
Etanol
V primeru etanola CH 3 CH 2 OH, njegov dipolni moment je zelo blizu tistemu iz metanola, vendar je običajno, da so nižje vrednosti. Ker je več ogljikovih atomov, ki sestavljajo δ + območje, atom kisika, ki predstavlja δ-, začne izgubljati del svoje "relativne negativne intenzivnosti".
Ogljikov dioksid
Dipolni moment molekule ogljikovega dioksida. Vir: Gabriel Bolívar.
Ogljikov dioksid ima dve polarni vezi, C = O, z njunima dipolnima momentoma μO-C. Vendar pa, kot lahko vidimo na zgornji sliki, linearna geometrija CO 2 povzroči, da se dva µO-C medsebojno odpovedo, tudi če ima ogljik pozitiven delni naboj in kisikovi negativni delni naboj.
Zaradi tega je ogljikov dioksid apolarna molekula, saj ima μCO 2 vrednost 0D.
Metan
Dipolni trenutek molekule metana. Vir: Gabriel Bolívar.
Metan in ogljikov dioksid imata nekaj skupnega: So zelo simetrične molekule. Na splošno je bolj simetrična molekula manjši je njen dipolni moment.
Če pogledamo molekulo CH 4 , so njene CH-vezi polarne, elektroni pa so usmerjeni proti atomu ogljika, saj je nekoliko bolj elektronegativen. Lahko bi si mislili, da bi moral biti ogljik zelo negativna δ-regija; kot radirka s svojo globoko rdečo sredino in modrikastimi konci.
Vendar z delitvijo CH 4 na pol dobimo dve polovici HCH, eno na levi in drugo na desni, podobno molekuli H 2 O. Tako bi dipolni trenutek, ki je posledica dodajanja teh dveh μC-H, preklical z drugo polovico. In zato ima μCH 4 vrednost 0D.
Reference
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
- Walter J. Moore. (1963). Fizikalna kemija. V kemijski kinetiki. Četrta izdaja, Longmans.
- Ira N. Levine. (2009). Načela fizikalne kemije. Šesta izdaja, str. 479–540. Mc Graw Hill.
- Helmenstine, Anne Marie, dr. (29. januar 2020). Opredelitev trenutka dipola. Pridobljeno: misel.com
- Blaber Mike. (29. september 2019). Dipolni trenutki. Kemija LibreTexts. Pridobljeno: chem.libretexts.org
- LaRita Williams. (2020). Dipolni trenutek: definicija, enačba in primeri. Študij. Pridobljeno: study.com
- Wikipedija. (2020). Dipolni trenutek obveznice. Pridobljeno: en.wikipedia.org