Τι είναι μια διπολική στιγμή;

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε τα πάντα για τις διπολικές στιγμές . Αρχικά, ξεκινάμε με μια βασική εισαγωγή στην παρουσία διπολικών ροπών σε χημικούς δεσμούς και μόρια. Στη συνέχεια, συζητάμε τον τύπο που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των διπολικών ροπών και εξηγούμε την ταξινόμησή τους ως διανυσματική (και όχι βαθμωτή) ποσότητα. Τέλος, παρέχουμε αρκετά παραδείγματα που καταδεικνύουν τη σημασία της μοριακής γεωμετρίας στον προσδιορισμό των καθαρών διπολικών ροπών.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Τροχιακά ηλεκτρονίων και σχήματα τροχιών
• Τι είναι η συγγένεια ηλεκτρονίων;
• Δεσμοί Sigma και Pi
• Τι είναι η επίσημη χρέωση;
• Κατιόντα και ανιόντα

Εισαγωγή στις διπολικές στιγμές

Διπολικές ροπές συμβαίνουν σε οποιοδήποτε σύστημα στο οποίο υπάρχει διαχωρισμός θετικών και αρνητικών ηλεκτρικών φορτίων. Επομένως, μπορούν να βρεθούν τόσο σε ιοντικούς όσο και σε ομοιοπολικούς δεσμούς. Μια διπολική ροπή είναι αποτέλεσμα άνισης κατανομής ηλεκτρονίων, η οποία συμβαίνει λόγω διαφορών στην ηλεκτραρνητικότητα μεταξύ των χημικά συνδεδεμένων ατόμων (καθώς τα ηλεκτρόνια τείνουν να κινούνται προς περισσότερα ηλεκτραρνητικά άτομα). Οι μεγαλύτερες διαφορές στην ηλεκτραρνητικότητα θα οδηγήσουν κατά συνέπεια σε μεγαλύτερες διπολικές ροπές.

Δεδομένου ότι έχουν και μέγεθος και κατεύθυνση, οι διπολικές ροπές θεωρούνται διανυσματική ποσότητα. Παρακάτω φαίνεται μια απεικόνιση της διπολικής ροπής που υπάρχει σε ένα μόριο υδροφθορικού οξέος. Το βέλος αντιπροσωπεύει τη μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων στο μόριο. δείχνει μακριά από το λιγότερο ηλεκτραρνητικό (και πιο θετικά φορτισμένο) άτομο υδρογόνου και προς το πιο ηλεκτραρνητικό (και πιο αρνητικά φορτισμένο) άτομο φθορίου.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί η διάκριση μεταξύ διπολικών ροπών δεσμού και μοριακών διπολικών ροπών. Μια διπολική ροπή δεσμού είναι ένα μέτρο της πολικότητας ενός χημικού δεσμού μεταξύ δύο ατόμων σε ένα μόριο. Από την άλλη πλευρά, η μοριακή διπολική ροπή (αναφέρεται επίσης ως καθαρή διπολική ροπή) είναι ένα μέτρο της πολικότητας του μορίου στο σύνολό του. Επομένως, σε πολυατομικά μόρια (δηλαδή, μόρια που αποτελούνται από τρία ή περισσότερα άτομα), η καθαρή διπολική ροπή είναι το διανυσματικό άθροισμα όλων των διπολικών ροπών δεσμού που υπάρχουν στο μόριο. Επιπλέον, η καθαρή διπολική ροπή επηρεάζεται από τη γεωμετρία του μορίου, η οποία μπορεί να προβλεφθεί χρησιμοποιώντας τη θεωρία VSEPR.

Τύπος διπολικής στιγμής

Για τον υπολογισμό της διπολικής ροπής ενός χημικού δεσμού, χρησιμοποιείται ο ακόλουθος τύπος:µ =qr (όπου μ είναι η διπολική ροπή του δεσμού, q ​​είναι το μέγεθος του διαχωρισμένου φορτίου και r είναι η απόσταση διαχωρισμού μεταξύ των φορτίων). Η μονάδα SI για τη διπολική ροπή είναι το κουλόμ-μέτρο (C-m). Ωστόσο, συνήθως μετριέται σε debyes (D). 1 debye ισούται με 3,336 x 10 κουλόμ-μέτρα.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι διπολικές ροπές είναι διανυσματική ποσότητα επειδή έχουν και μέγεθος (που καθορίζεται από τη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας) και κατεύθυνση (με βάση την κίνηση των ηλεκτρονίων προς το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο). Επομένως, είναι δυνατόν η καθαρή διπολική ροπή ενός μορίου να είναι μηδέν όταν ένα συμμετρικό μόριο έχει μεμονωμένες διπολικές ροπές δεσμού (ίσες σε μέγεθος αλλά αντίθετες στην κατεύθυνση) που αλληλοεξουδετερώνονται. Σε αυτήν την περίπτωση, το μόριο θα ταξινομηθεί ως μη πολικό, παρά το γεγονός ότι περιέχει πολλαπλούς πολικούς δεσμούς.

Παραδείγματα διπολικής στιγμής

CO₂ Διπολική στιγμή

Σε ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα (CO₂ ), υπάρχουν δύο πολικοί ομοιοπολικοί δεσμοί. το καθένα περιλαμβάνει το κεντρικό άτομο άνθρακα και ένα συνδεδεμένο άτομο οξυγόνου. Δεδομένου ότι το οξυγόνο είναι πιο ηλεκτραρνητικό από τον άνθρακα, και τα δύο άτομα οξυγόνου έχουν μερικώς αρνητικό φορτίο, ενώ το άτομο άνθρακα έχει μερικώς θετικό φορτίο. Τα δύο βέλη που αντιπροσωπεύουν τις διπολικές ροπές του δεσμού του μορίου δείχνουν μακριά από το άτομο άνθρακα και ως αποτέλεσμα προς τα άτομα οξυγόνου. Επιπλέον, επειδή το κεντρικό άτομο συνδέεται με δύο άλλα άτομα και στερείται μεμονωμένων ζευγών ηλεκτρονίων, CO₂ έχει γραμμική δομή (με γωνία δεσμού 180°). Επομένως, οι δύο διπολικές ροπές δεσμού τρέχουν σε αντίθετες κατευθύνσεις και αλληλοεξουδετερώνονται. Αυτό σημαίνει ότι CO₂ έχει καθαρή διπολική ροπή μηδέν και είναι μη πολικό μόριο.

H₂ O Διπολική στιγμή

Σε ένα μόριο νερού (H₂ O), υπάρχουν δύο πολικοί ομοιοπολικοί δεσμοί. το καθένα περιλαμβάνει το κεντρικό άτομο οξυγόνου και ένα συνδεδεμένο άτομο υδρογόνου. Τα δύο βέλη που αντιπροσωπεύουν τις διπολικές ροπές του δεσμού του μορίου δείχνουν μακριά από τα λιγότερο ηλεκτραρνητικά άτομα υδρογόνου και προς το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο οξυγόνου. Επιπλέον, το άτομο οξυγόνου έχει μερικώς αρνητικό φορτίο, ενώ τα δύο άτομα υδρογόνου έχουν μερικώς θετικά φορτία. Επειδή το κεντρικό άτομο οξυγόνου συνδέεται με δύο άλλα άτομα και περιέχει δύο μόνα ζεύγη ηλεκτρονίων, η δομή του H₂ Το O είναι λυγισμένο (με γωνία σύνδεσης 104,5°). Σε αντίθεση με ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα, οι μεμονωμένες διπολικές ροπές δεσμού σε ένα μόριο νερού δεν ακυρώνονται. Αυτό σημαίνει ότι το H₂ Το O έχει καθαρή διπολική ροπή και είναι πολικό μόριο.

NH₃ Διπολική στιγμή

Σε ένα μόριο αμμωνίας (NH₃ ), υπάρχουν τρεις πολικοί ομοιοπολικοί δεσμοί. το καθένα περιλαμβάνει το κεντρικό άτομο αζώτου και ένα συνδεδεμένο άτομο υδρογόνου. Τα ηλεκτρόνια τείνουν να κινούνται προς το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο αζώτου και μακριά από τα λιγότερο ηλεκτραρνητικά άτομα υδρογόνου (όπως υποδεικνύεται από τα βέλη για τις τρεις μεμονωμένες διπολικές ροπές δεσμού). Το άτομο αζώτου έχει μερικώς αρνητικό φορτίο, ενώ τα άτομα υδρογόνου έχουν μερικώς θετικά φορτία. Δεδομένου ότι το κεντρικό άτομο αζώτου συνδέεται με τρία άλλα άτομα και έχει ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων, ένα μόριο αμμωνίας έχει τριγωνικό-πυραμιδικό σχήμα (με γωνία δεσμού 107°). Οι μεμονωμένες διπολικές ροπές δεσμού σε ένα μόριο αμμωνίας δεν ακυρώνονται. αυτό σημαίνει ότι το NH₃ έχει καθαρή διπολική ροπή και είναι πολικό μόριο.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Πολικοί δεσμοί και μη πολικοί δεσμοί και μόρια
• Θεωρία δεσμού σθένους
• Δομές Lewis Dot
• Δομές συντονισμού