POLARNOST (KEMIJA): POLARNE MOLEKULE IN PRIMERI - KEMIJA - 2026

Polarnost je lastnost označena s prisotnostjo označeno heterogena porazdelitev elektronov gostote v molekuli. Zato v svoji strukturi obstajajo negativno nabita področja (δ-), druga pa pozitivno nabita (δ +), ki ustvarjajo dipolni moment.

Dipolni moment (µ) vezi je oblika izražanja polarnosti molekule. Običajno je predstavljen kot vektor, katerega izvor je v naboju (+), njegov konec pa se nahaja v naboju (-), čeprav ga nekateri kemiki predstavljajo obratno.

Elektrostatični zemljevid potencialov za molekulo vode. Vir: Benjah-bmm27 prek Wikipedije.

Zgornja slika prikazuje zemljevid elektrostatičnega potenciala za vodo, H ₂ O. Rdečkasto območje (atom kisika) ustreza tistemu z najvišjo gostoto elektronov, prav tako lahko vidimo, da to izstopa na modrih območjih (vodikovi atomi ).

Ker je porazdelitev omenjene gostote elektronov heterogena, rečemo, da obstaja pozitiven in negativen pol. Zato govorimo o kemični 'polarnosti' in dipolnem trenutku.

Dipolni trenutek

Dipolni moment µ je določen z naslednjo enačbo:

µ = δ · d

Kjer je δ električni naboj vsakega pola, pozitiven (+ δ) ali negativen (–δ), in d je razdalja med njimi.

Trenutni dipolni moment je ponavadi izražen v debabiju, predstavljenem s simbolom D. En kulombni meter je 2,98 · 10 ²⁹ D.

Vrednost dipolnega momenta vezi med dvema različnima atomoma je v razmerju do razlike v elektronegativnosti atomov, ki tvorijo vez.

Da je molekula polarna, ni dovolj, da ima v svoji strukturi polarne vezi, ampak mora imeti tudi asimetrično geometrijo; in sicer tako, da prepreči, da bi se dipolni trenutki vektorsko odpovedali.

Asimetrija v molekuli vode

Molekula vode ima dve OH vezi. Geometrija molekule je kotna, to je oblikovana kot "V"; zato se dipolni trenutki vezi med seboj ne izničijo, temveč se sešteje le-ta, usmerjena proti kisikovemu atomu.

Elektrostatični potencial map H ₂ O odraža to.

Če opazimo kotno molekulo HOH, se lahko pojavi naslednje vprašanje: ali je res asimetričen? Če se skozi atom kisika potegne namišljena os, se bo molekula razdelila na dve enaki polovici: HOOH.

Vendar ni tako, če je namišljena os vodoravna. Ko bo ta os razdelila molekulo nazaj na dve polovici, boste imeli atom kisika na eni strani, dva vodikova atoma pa na drugi.

Zaradi tega je razvidno simetrija H ₂ O preneha obstajati, zato se šteje, asimetrični molekula.

Polarne molekule

Polarne molekule morajo izpolnjevati vrsto lastnosti, kot so:

-Porazdelitev električnih nabojev v molekularni strukturi je asimetrična.

-Običajno so topni v vodi. To je zato, ker lahko polarne molekule medsebojno delujejo z dipol-dipolnimi silami, kjer je za vodo značilno, da ima velik dipolni moment.

Poleg tega je njegova dielektrična konstanta zelo visoka (78,5), kar ji omogoča, da električne naboje loči, kar poveča njeno topnost.

-Na splošno imajo polarne molekule visoko vrelišče in tališče.

Te sile tvorijo interakcija dipol-dipol, londonske disperzivne sile in tvorba vodikovih vezi.

-Polarne molekule lahko zaradi električnega naboja prenašajo električno energijo.

Primeri

SW

Žveplov dioksid (SO ₂ ). Kisik ima elektronegativnost 3,44, elektronegativnost žvepla pa 2,58. Zato je kisik bolj elektronegativen od žvepla. Obstajata dve S = O vezi, O ima naboj δ in S naboj δ.

Ker gre za kotno molekulo s S na vrhu, sta dva dipolna momenta usmerjena v isto smer; in zato so sešteti, kar SO ₂ molekula polarna.

CHCl

Kloroform (HCCl ₃ ). Obstaja ena vez CH in tri C-Cl vezi.

Elektronegativnost C je 2,55, elektronegativnost H pa 2,2. Tako je ogljik bolj elektronegativen od vodika; in zato bo dipolni moment usmerjen od H (δ +) proti C (δ-): C ^δ- -H ^{δ +} .

V primeru C-Cl vezi ima C elektronegativnost 2,55, medtem ko ima Cl elektronegativnost 3,16. Dipolni vektor ali dipolni moment je usmerjen od C do Cl v treh C ^{δ +} -Cl ^δ- vezi .

Ker je elektron-rumeni regija okrog atoma vodika in elektronskim bogati regiji sestavljen iz treh atomov klora, CHCl ₃ velja polarnem molekula.

HF

Vodikov fluorid ima samo eno HF vez. Elektronegativnost H je 2,22, elektronegativnost F pa 3,98. Zato se fluor konča z najvišjo gostoto elektronov, vez med obema atomoma pa je najbolje opisana kot: H ^{δ +} -F ^δ- .

NH

Amoniak (NH ₃ ) ima tri NH vezi. Elektronegativnost N je 3,06, elektronegativnost H pa 2,22. V vseh treh vezih je gostota elektronov usmerjena proti dušiku, ki je še višja zaradi prisotnosti para prostih elektronov.

NH ₃ molekula je Tetraedarski, z N-atomom zaseda oglišče. Trije dipolni trenutki, ki ustrezajo NH vezam, so usmerjeni v isto smer. V njih se δ- nahaja v N, δ + v H. Tako so vezi: N ^δ- -H ^{δ +} .

Ti dipolni trenutki, asimetrija molekule in prosti par elektronov na dušiku naredijo amonijak zelo polarno molekulo.

Makromolekule s heteroatomi

Kadar so molekule zelo velike, jih ni več gotovo razvrstiti med apolarne ali polarne. To je zato, ker lahko obstajajo deli njegove strukture, ki imajo tako apolarne (hidrofobne) kot tudi polarne (hidrofilne) lastnosti.

Te vrste spojin so znane kot amfifili ali amfipatike. Ker lahko apolarni del štejemo za slabo elektronsko glede na polarni del, je v strukturi prisotna polarnost, amfifilne spojine pa veljajo za polarne spojine.

Za makromolekulo s heteroatomi lahko na splošno pričakujemo, da ima dipolne trenutke in s tem kemično polarnost.

Pod heteroatomi se razumejo tisti, ki se razlikujejo od tistih, ki sestavljajo okostje strukture. Ogljikov skelet je na primer najpomembnejši od vseh, atom, s katerim ogljik tvori vez (poleg vodika), pa imenujemo heteroatom.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Krišnan. (2007). Polarne in nepolarne spojine. Louis Community College. Pridobljeno od: users.stlcc.edu
3. Murmson, serm. (14. marec 2018). Kako razložiti polarnost. Sciaching. Pridobljeno: sciaching.com
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. (05. december 2018). Opredelitev in primeri polarne obveznice (Polarna kovalentna vez). Pridobljeno: misel.com
5. Wikipedija. (2019). Kemična polarnost. Pridobljeno: en.wikipedia.org
6. Quimitube. (2012). Kovalentna vez: polarnost vezi in molekularna polarnost. Pridobljeno: quimitube.com