ПОЛЯРНІСТЬ (ХІМІЯ): ПОЛЯРНІ МОЛЕКУЛИ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Хімічна полярність є властивість характеризується наявністю вираженого неоднорідного розподілу щільності електронів в молекулі. Тому в його структурі є негативно заряджені області (δ-), а інші позитивно заряджені (δ +), породжуючи дипольний момент.

Дипольний момент (µ) зв'язку - це форма вираження полярності молекули. Зазвичай він представлений як вектор, походження якого знаходиться в заряді (+), а його кінець розташований у заряді (-), хоча деякі хіміки представляють його зворотно.

Електростатична карта потенціалу для молекули води. Джерело: Benjah-bmm27 через Wikipedia.

На верхньому зображенні показана електростатична карта потенціалу для води, H ₂ O. Червонувата область (атом кисню) відповідає тій, що має найбільшу щільність електронів, і також можна побачити, що це виділяється на синіх областях (атоми водню ).

Оскільки розподіл згаданої щільності електронів неоднорідний, говориться, що існує позитивний і негативний полюс. Ось чому ми говоримо про хімічну «полярність» та дипольний момент.

Дипольний момент

Дипольний момент µ визначається наступним рівнянням:

µ = δ · d

Де δ - електричний заряд кожного полюса, позитивний (+ δ) або негативний (–δ), а d - відстань між ними.

Дипольний момент зазвичай виражається в дебаях, представленому символом D. Один кулон · метр дорівнює 2,908 · 10 ²⁹ D.

Значення дипольного моменту зв’язку між двома різними атомами знаходиться у співвідношенні з різницею електронегативностей атомів, які утворюють зв’язок.

Щоб молекула була полярною, недостатньо мати полярні зв’язки у своїй структурі, але вона також повинна мати асиметричну геометрію; таким чином, що він заважає дипольним моментам вектора скасовувати один одного.

Асиметрія в молекулі води

Молекула води має два ОН-зв’язки. Геометрія молекули кутова, тобто має форму «V»; отже, дипольні моменти зв’язків не скасовують один одного, а навпаки утворюється сума їх, спрямована на атом кисню.

Електростатична карта потенціалу для H ₂ O це відображає це.

Якщо спостерігається кутова молекула HOH, може виникнути таке питання: чи це насправді асиметрично? Якщо уявну вісь провести через атом кисню, молекула поділиться на дві рівні половини: HOOH.

Але це не так, якщо уявна вісь горизонтальна. Коли ця вісь тепер розділить молекулу назад на дві половини, у вас буде атом кисню з одного боку, а два атоми водню - з іншого.

З цієї причини видима симетрія H ₂ O перестає існувати, і тому вона вважається асиметричною молекулою.

Полярні молекули

Полярні молекули повинні відповідати ряду характеристик, таких як:

-Розподіл електричних зарядів у молекулярній структурі асиметричний.

-Зазвичай вони розчинні у воді. Це відбувається тому, що полярні молекули можуть взаємодіяти дипольно-дипольними силами, де для води характерний великий дипольний момент.

Крім того, його діелектрична константа дуже висока (78,5), що дозволяє їй тримати електричні заряди окремо, збільшуючи її розчинність.

-Зазвичай полярні молекули мають високу температуру кипіння та плавлення.

Ці сили складаються дипольно-дипольною взаємодією, лондонськими дисперсивними силами та утворенням водневих зв’язків.

-Зважаючи на свій електричний заряд, полярні молекули можуть проводити електрику.

Приклади

SW

Двоокис сірки (SO ₂ ). Кисень має електронегативність 3,44, тоді як електронегативність сірки 2,58. Тому кисень більше електронегативний, ніж сірка. Є дві S = O зв’язки, O мають δ- заряд, а S мають заряд δ.

Оскільки це кутова молекула зі S у вершині, два дипольних моменти орієнтовані в одному напрямку; і тому вони складаються, роблячи молекулу SO ₂ полярною.

CHCl

Хлороформ (HCCl ₃ ). Є одна зв'язок СН і три C-Cl зв’язки.

Електронегативність С дорівнює 2,55, а електронегативність Н - 2,2. Таким чином, вуглець є більш електронегативним, ніж водень; і тому дипольний момент буде орієнтований з Н (δ +) у напрямку С (δ-): C ^δ- -H ^{δ +} .

У випадку зв'язків C-Cl C має електронегативність 2,55, тоді як Cl має електронегативність 3,16. Дипольний вектор або дипольний момент орієнтований від C до Cl у трьох C ^{δ +} -Cl ^δ- зв’язках .

Оскільки навколо атома водню є бідна електронами область і область, багата на електрони, складається з трьох атомів хлору, CHCl ₃ вважається полярною молекулою.

HF

Фторид водню має лише один HF-зв’язок. Електронегативність H дорівнює 2,22, а електронегативність F 3,98. Тому фтор закінчується найвищою щільністю електронів, і зв’язок між обома атомами найкраще описати як: H ^{δ +} -F ^δ- .

NH

Аміак (NH ₃ ) має три NH зв’язки. Електронегативність N дорівнює 3,06, а електронегативність Н 2,22. У всіх трьох зв’язках щільність електронів орієнтована на азот, будучи ще більшою наявністю пари вільних електронів.

Молекула NH ₃ є чотиригранною, а атом N займає вершину. Три дипольних моменти, що відповідають NH-зв’язкам, орієнтовані в одному напрямку. У них δ- розташований у N, а δ + у H. Отже, зв’язки є: N ^δ- -H ^{δ +} .

Ці дипольні моменти, асиметрія молекули та вільна пара електронів на азоті роблять аміак високополярною молекулою.

Макромолекули з гетероатомами

Коли молекули дуже великі, їх вже не можна класифікувати як неполярні чи полярні. Це пояснюється тим, що можуть бути частини його будови як з тополярними (гідрофобними), так і з полярними (гідрофільними) характеристиками.

Ці типи сполук відомі як амфіфіли або амфіпати. Оскільки аполярну частину можна вважати бідною електронами відносно полярної частини, в структурі присутня полярність, а амфіфільні сполуки вважаються полярними сполуками.

Як правило, макромолекула з гетероатомами може мати дипольні моменти, а отже, і хімічну полярність.

Під гетероатомами розуміють ті, які відрізняються від тих, що складають кістяк будови. Наприклад, вуглецевий скелет є біологічно найважливішим з усіх, а атом, з яким вуглець утворює зв’язок (крім водню), називається гетероатомом.

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання.
2. Професор Крішнан. (2007). Полярні та неполярні сполуки. Сент-Луїський коледж. Відновлено з: users.stlcc.edu
3. Murmson, Serm. (14 березня 2018 р.). Як пояснити полярність. Наукові роботи. Відновлено: sciaching.com
4. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (05 грудня 2018 р.). Визначення та приклади полярних облігацій (Полярна ковалентна зв'язок). Відновлено з: thinkco.com
5. Вікіпедія. (2019). Хімічна полярність. Відновлено з: en.wikipedia.org
6. Кімітуб. (2012 р.). Ковалентний зв’язок: полярність зв’язку та молекулярна полярність. Відновлено з: quimitube.com