Hoe werken polaire en niet-polaire moleculen met elkaar om

Zowel polaire als niet-polaire moleculen worden aangetroffen in covalente stoffen. Sommige covalente moleculen hebben het vermogen om gepolariseerd te worden en andere niet. Polaire moleculen en niet-polaire moleculen interageren op verschillende manieren met elkaar. Polaire moleculen interageren met elkaar door krachten zoals dipool-dipoolinteracties, terwijl niet-polaire moleculen in wisselwerking treden met elkaar via de dispersiekrachten in Londen. Laten we eens kijken hoe deze moleculen van elkaar verschillen in de natuur en hoe ze met elkaar omgaan.

Dit artikel legt uit,

1. Wat zijn Polar Moleculen?
       - Definitie, kenmerken en voorbeelden
2. Wat zijn niet-polaire moleculen?
       - Definitie, kenmerken en voorbeelden
3. Hoe interacteren polaire en niet-polaire moleculen met elkaar?

Wat zijn Polar Molecules

Polaire moleculen zijn het resultaat van asymmetrisch gedispergeerde elektronen in een molecuul. Een covalente binding wordt gevormd door twee elektronen tussen twee atomen te delen. Deze atomen kunnen van hetzelfde element of van twee verschillende elementen zijn. Wanneer er twee verschillende elementen bij betrokken zijn, kunnen ze vergelijkbare elektronegativiteiten hebben (het vermogen om elektronen aan te trekken), of verschillende elektronegativiteiten. Als het elektronegativiteitsverschil tussen twee atomen 0,4 is<, there is a great tendency for the more electronegative atom to pull the shared pair of electrons towards itself. Hence, there will be a slight negative charge (δ-) induced upon it, leaving the other atom slightly positive (δ+). This process is called polarisatie.

Figuur 1: Permanente dipool van watermolecuul

Watermolecuul is een mooi voorbeeld van polaire moleculen. Het elektronegativiteitsverschil tussen O en H is 1,5; vandaar dat het paar gedeelde elektronen meer wordt aangetrokken naar het zuurstofatoom dat meer elektronegatief is. Daarom wordt gezegd dat het watermolecuul gepolariseerd is.

Enkele andere voorbeelden van polaire moleculen zijn ammoniak (NH₃), Waterstofsulfide (H.₂S) en zwaveldioxide (SO₂).

Wat zijn niet-polaire moleculen

Niet-polaire moleculen hebben symmetrisch verdeelde elektronen; vandaar dat er geen ladingsscheiding is. In principe gebeurt dit wanneer twee atomen van vergelijkbare elektronegativiteit bij elkaar komen om een ​​covalente binding te maken. Vandaar dat het paar elektronen dat zij delen bijna niet bevooroordeeld is naar een van de deelnemende atomen. In dergelijke moleculen is geen ladingsscheiding te zien. Zelfs als er sprake is van ladingsscheiding, neutraliseren de vorm van sommige moleculen de ladingen. CO₂ is een typisch voorbeeld.

Figuur 2: Lewis-structuur van kooldioxide

Hoewel er voldoende elektronegativiteitsverschil is tussen C- en O-atomen om in aanmerking te komen voor een polaire binding, worden de ladingen opgeheven vanwege de lineaire vorm van het molecuul, resulterend in een netto dipool van nul. Vandaar dat het koolstofdioxidemolecuul wordt beschouwd als een niet-polair molecuul.

Voorbeelden van niet-polaire verbindingen zijn voornamelijk diatomische gasmoleculen zoals N₂, cl₂ en O₂. Koolwaterstofvloeistoffen zijn ook meestal niet-polair. Tolueen, benzine, pentaan en hexaan zijn enkele voorbeelden.

Hoe werken polaire en niet-polaire moleculen met elkaar om

De twee soorten moleculen werken op een andere manier op elkaar in.

Hoe werken poolmoleculen op elkaar?

Figuur 3: Dipool-Dipool-interactie tussen twee HCl-moleculen

Polaire moleculen reageren op elkaar door krachten zoals dipool-dipool interacties. Eerder werd besproken dat polaire moleculen ongelijke ladingsverdeling hebben als gevolg van asymmetrische elektrondispersie. Daarom wordt het enigszins positieve uiteinde van één poolmolecuul aangetrokken naar het enigszins negatieve uiteinde van een ander molecuul. De bovenstaande figuur (3) laat de interactie duidelijk zien.

Het enigszins positieve H-atoom van één molecuul wordt aangetrokken naar het enigszins negatieve Cl-atoom van het tweede molecuul. De aantrekkingskracht tussen de twee moleculen staat bekend als een dipool-dipoolinteractie.

Er is een speciaal soort dipool-dipoolinteractie die wordt genoemd waterstofbinding. Deze interactie omvat een waterstofdonor, een sterk elektronegatief atoom van een molecuul dat zijn waterstof doneert om een ​​binding te vormen met een ander hoog-elektronegatief atoom met een eenzaam paar elektronen, van een ander molecuul. De laatste wordt een waterstofacceptor genoemd. De volgende afbeelding (4) illustreert de waterstofbruggen in water.

Figuur 4: Waterstofbinding in water

Het zuurstofatoom met het label B accepteert waterstof uit het zuurstofatoom A en maakt een verbinding tussen de twee watermoleculen. Zuurstofatoom A is de waterstofdonor terwijl zuurstofatoom B de waterstofacceptor is.

Hoe handelen niet-polaire moleculen met elkaar

Niet-polaire moleculen kunnen geen dipool-dipool-interacties vormen. In plaats daarvan werken ze op elkaar in door dispersiekrachten in Londen te vormen.

Elektronen van een molecuul bewegen willekeurig. Wanneer de elektronen worden verzameld naar één uiteinde van het niet-polaire molecuul, wordt een kleine negatieve lading geïnduceerd aan dat specifieke uiteinde. Het maakt het andere uiteinde van het molecuul enigszins positief. Dit leidt tot een tijdelijke ladingsscheiding op het molecuul. Wanneer een ander niet-polair molecuul naar de buurt komt, heeft het voormalige molecuul ook het vermogen om een ​​dipool op te wekken. Dit gebeurt als gevolg van de afstoting van soortgelijke ladingen.

De elektronendichtheid van het negatieve einde van het molecuul A, stoot de elektronen van het aangrenzende uiteinde van molecuul B af, en induceert een positieve lading op dat einde. Vervolgens wordt een zwakke binding gevormd tijdens de twee uiteinden.

Interactie tussen polaire en niet-polaire moleculen

Londense dispersies worden veel zwakker genoemd dan dipool-dipoolkrachten van polaire moleculen. Daarom is de neiging van polaire moleculen om interactie te hebben met niet-polaire moleculen minimaal. Omdat de energie die vrijkomt door de vorming van dispersiekrachten tussen polaire en niet-polaire moleculen niet voldoende is om sterke dipool-dipoolinteracties tussen polaire moleculen te verbreken. Daarom kunnen niet-polaire opgeloste stoffen niet worden opgelost in polaire oplosmiddelen.

Referentie: 

Kurtus, Ron. "Polaire en niet-polaire moleculen." Understanding Chemistry: School for Champions. N.p., n.d. Web. 07 feb. 2017. "Waarom lossen polaire en niet-polaire verbindingen elkaar niet op?" Chemie Stack Exchange. N.p., n.d. Web. 07 feb. 2017.

Afbeelding met dank aan:

"Dipoli acqua" door Riccardo Rovinetti - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

"Kooldioxide-octet-stip-cross-color-gecodeerd-2D" door Ben Mills - Eigen werk (Public Domain) via Commons Wikimedia

"Dipool-dipool-interactie-in-HCl-2D" door Benjah-bmm27 - Eigen werk (Public Domain) via Commons Wikimedia

"Waterstofbinding-in-water-2D" (Public Domain) via Commons Wikimedia