Hoe beïnvloedt de moleculaire vorm de polariteit

Polariteit komt voor in covalente moleculen. Covalente bindingen worden gevormd wanneer twee atomen van hetzelfde element of verschillende elementen elektronen delen, zodat elk atoom de configuratie van zijn edelgas elektronen volbrengt. Deze covalente moleculen kunnen zowel polair als niet-polair zijn.

Dit artikel legt uit,
     1. Wat is Polariteit
     2. Hoe beïnvloedt de moleculaire vorm de Polariteit
     3. Voorbeelden

Wat is polariteit

De polariteit van een molecuul bepaalt de andere fysische eigenschappen, zoals het smeltpunt, het kookpunt, de oppervlaktespanning, de dampspanning, enzovoort. In eenvoudige bewoordingen komt de polariteit voor wanneer de elektronendistributie in een molecuul asymmetrisch is. Dit resulteert in een netto dipoolmoment in het molecuul. Het ene uiteinde van het molecuul wordt negatief geladen, terwijl het andere uiteinde een positieve lading krijgt.

De belangrijkste reden voor de polariteit van een molecuul is de elektronegativiteit van de twee atomen die deelnemen aan de covalente binding. Bij covalente binding komen twee atomen samen om een ​​paar elektronen te delen. Het gedeelde paar elektronen behoort tot beide atomen. De aantrekkingskrachten van atomen ten opzichte van de elektronen verschillen echter van element tot element. Bijvoorbeeld, zuurstof vertoont meer aantrekkingskracht op elektronen dan waterstof. Dit wordt elektronegativiteit genoemd.

Wanneer de twee atomen die deelnemen aan het vormen van de binding een elektronegatief verschil van 0,4 hebben<, the pair of electrons they share is pulled towards the more electronegative atom. This results in a slight negative charge on the more electronegative atom, leaving a slight positive charge on the other. In such cases, the molecule is considered to be polarized.

Figuur 1: Waterstoffluoridemolecuul

De zeer negatieve F in het HF-molecuul krijgt een lichte negatieve lading terwijl het H-atoom enigszins positief wordt. Dit resulteert in een netto dipoolmoment in een molecuul.

Hoe beïnvloedt de moleculaire vorm de polariteit

De polarisatie van een molecuul hangt in grote mate af van de vorm van het molecuul. Een diatomisch molecuul zoals HF hierboven vermeld heeft geen kwestie van vorm. Het netto dipoolmoment is alleen te wijten aan de ongelijke verdeling van elektronen tussen de twee atomen. Wanneer er echter meer dan twee atomen betrokken zijn bij het maken van een binding, zijn er veel complexiteiten.

Laten we eens kijken naar watermolecuul, dat zeer polair is, als een voorbeeld.

Figuur 2: Watermolecuul

Het watermolecuul heeft een gebogen vorm. Daarom, wanneer het twee paar elektronen gedeeld door zuurstof met twee waterstofatomen naar zuurstof wordt getrokken, resulteert het netto dipoolmoment in de richting van het zuurstofatoom. Er is geen andere kracht om het resulterende dipoolmoment op te heffen. Daarom is het watermolecuul zeer polair.

Figuur 3: Ammoniakmolecuul

Ammoniakmolecuul heeft de vorm van een piramide en het elektronegatieve N-atoom trekt de elektronen naar zich toe. De drie N-H-bindingen bevinden zich niet in hetzelfde vlak; vandaar dat de gecreëerde dipoolmomenten niet worden weggenomen. Dit maakt ammoniak tot een polair molecuul.

De dipoolmomenten worden echter soms geannuleerd vanwege de vorm van de moleculen, waardoor het molecuul niet-polair wordt. Kooldioxide is zo'n molecuul.

Figuur 4: koolstofdioxidemolecuul

C- en O-atomen hebben een elektronegativiteitsverschil van 1,11, waardoor de elektronen meer naar het O-atoom worden voorgespannen. Het kooldioxidemolecuul heeft echter een vlakke lineaire vorm. Alle drie atomen bevinden zich op hetzelfde vlak met C in het midden van twee O-atomen. Het dipoolmoment van één C-O-binding annuleert de andere omdat ze zich in twee tegengestelde richtingen bevinden, waardoor het koolstofdioxidemolecuul niet-polair is. Hoewel het elektronegativiteitsverschil voldoende was, speelt de vorm een ​​cruciale rol bij het bepalen van de polariteit van het molecuul.

De polariteit van tetrachloorkoolstof is ook een vergelijkbaar scenario.

Figuur 5: Carbon Tetrachloride Molecuul

Het elektronegativiteitsverschil tussen koolstof en chloor is voldoende om de C-Cl-binding gepolariseerd te krijgen. Het paar elektronen gedeeld tussen C en Cl is meer naar de Cl-atomen toe. Echter, tetrachloorkoolstofmolecuul heeft een symmetrische tetraëdervorm, wat resulteert in het opheffen van de netto dipoolmomenten van de bindingen resulterend in een nul-netto dipoolmoment. Daarom wordt het molecuul niet-polair.

Afbeelding met dank aan:

1. "Hydrogen-fluoride-3D-vdW" ByBenjah-bmm27- Eigen werk verondersteld (gebaseerd op auteursrechtclaims) (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. "Ammonium-2D" van Lukáš Mižoch - Eigen werk (Public Domain) via Commons Wikimedia
3. "Kooldioxide" (Public Domain) via Commons Wikimedia
4. "Carbon-tetrachloride-3D-balls" (Public Domain) via Commons Wikimedia

Referentie:

1. "Waarom is het tetrachloorkoolstofmolecuul niet-polair en toch zijn de bindingen daarin polair?" Socratic.org. N.p., n.d. Web. 13 feb. 2017.
2. "Is ammonia polair?" Reference.com. N.p., n.d. Web. 13 feb. 2017.
3. Ophardt, Charles E. "Molecular Polarity." Virtuele Chembook. Elmhurst College, 2003. Web. 13 feb. 2017.