Πώς το μοριακό σχήμα επηρεάζει την πολικότητα

Η πολικότητα εμφανίζεται σε ομοιοπολικά μόρια. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται όταν δύο άτομα είτε του ίδιου στοιχείου είτε διαφορετικών στοιχείων μοιράζονται ηλεκτρόνια έτσι ώστε κάθε άτομο να ολοκληρώσει τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων ευγενούς αερίου. Αυτά τα ομοιοπολικά μόρια μπορεί να είναι είτε πολικά είτε μη πολικά.

Αυτό το άρθρο εξηγεί,
     1. Τι είναι η πολικότητα
     2. Πώς το μοριακό σχήμα επηρεάζει την πολικότητα
     3. Παραδείγματα

Τι είναι η πολικότητα

Η πολικότητα ενός μορίου καθορίζει τις άλλες φυσικές του ιδιότητες όπως σημείο τήξης, σημείο βρασμού, επιφανειακή τάση, πίεση ατμών κ.λπ. Με απλά λόγια, η πολικότητα εμφανίζεται όταν η κατανομή ηλεκτρονίων σε το μόριο είναι ασύμμετρο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια καθαρή διπολική ροπή στο μόριο. Το ένα άκρο του μορίου φορτίζεται αρνητικό ενώ το άλλο λαμβάνει θετικό φορτίο.

Ο κύριος λόγος για την πολικότητα ενός μορίου είναι η ηλεκτραρνητικότητα των δύο ατόμων που συμμετέχουν στον ομοιοπολικό δεσμό. Στον ομοιοπολικό δεσμό, δύο άτομα ενώνονται για να μοιράζονται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. Το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων ανήκει και στα δύο άτομα. Ωστόσο, οι έλξεις των ατόμων προς τα ηλεκτρόνια διαφέρουν από στοιχείο σε στοιχείο. Για παράδειγμα, το οξυγόνο δείχνει μεγαλύτερη έλξη προς τα ηλεκτρόνια από το υδρογόνο. Αυτό ονομάζεται ηλεκτραρνητικότητα.

Όταν τα δύο άτομα που συμμετέχουν στο σχηματισμό του δεσμού έχουν ηλεκτραρνητική διαφορά 0,4<, το ζεύγος ηλεκτρονίων που μοιράζονται έλκεται προς το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα ελαφρύ αρνητικό φορτίο στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο, αφήνοντας ένα ελαφρύ θετικό φορτίο στο άλλο. Σε τέτοιες περιπτώσεις, το μόριο θεωρείται ότι είναι πολωμένο.

Εικόνα 1:Μόριο υδροφθορίου

Το εξαιρετικά αρνητικό F στο μόριο HF λαμβάνει ένα ελαφρύ αρνητικό φορτίο ενώ το άτομο H γίνεται ελαφρώς θετικό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια καθαρή διπολική ροπή σε ένα μόριο.

Πώς το μοριακό σχήμα επηρεάζει την πολικότητα

Η πόλωση ενός μορίου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το σχήμα του μορίου. Ένα διατομικό μόριο όπως το HF που αναφέρθηκε παραπάνω δεν έχει θέμα σχήματος. Η καθαρή διπολική ροπή οφείλεται μόνο στην ανομοιόμορφη κατανομή των ηλεκτρονίων μεταξύ των δύο ατόμων. Ωστόσο, όταν υπάρχουν περισσότερα από δύο άτομα που εμπλέκονται στη δημιουργία ενός δεσμού, υπάρχουν πολλές πολυπλοκότητες.

Ας δούμε για παράδειγμα το μόριο του νερού, το οποίο είναι εξαιρετικά πολικό.

Εικόνα 2:Μόριο νερού

Το μόριο του νερού έχει λυγισμένο σχήμα. Επομένως, όταν τα δύο ζεύγη ηλεκτρονίων που μοιράζονται το οξυγόνο με δύο άτομα υδρογόνου έλκονται προς το οξυγόνο, η καθαρή διπολική ροπή καταλήγει στην κατεύθυνση του ατόμου του οξυγόνου. Δεν υπάρχει άλλη δύναμη που να ακυρώνει την προκύπτουσα διπολική ροπή. Ως εκ τούτου, το μόριο του νερού είναι εξαιρετικά πολικό.

Εικόνα 3:Μόριο αμμωνίας

Το μόριο της αμμωνίας έχει σχήμα πυραμίδας και το ηλεκτραρνητικό άτομο Ν έλκει τα ηλεκτρόνια προς το μέρος του. Οι τρεις δεσμοί Ν-Η δεν βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. ως εκ τούτου οι διπολικές ροπές που δημιουργούνται δεν ακυρώνονται. Αυτό κάνει την αμμωνία πολικό μόριο.

Ωστόσο, οι διπολικές ροπές μερικές φορές ακυρώνονται λόγω του σχήματος των μορίων, καθιστώντας το μόριο μη πολικό. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα τέτοιο μόριο.

Εικόνα 4:Μόριο διοξειδίου του άνθρακα

Τα άτομα C και O έχουν διαφορά ηλεκτραρνητικότητας 1,11 που κάνει τα ηλεκτρόνια να ωθούνται περισσότερο προς το άτομο Ο. Ωστόσο, το μόριο του διοξειδίου του άνθρακα έχει επίπεδο γραμμικό σχήμα. Και τα τρία άτομα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με το C στη μέση δύο ατόμων Ο. Η διπολική ροπή ενός δεσμού C-O ακυρώνει τον άλλο καθώς βρίσκονται σε δύο αντίθετες κατευθύνσεις, καθιστώντας το μόριο του διοξειδίου του άνθρακα μη πολικό. Παρόλο που η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας ήταν επαρκής, το σχήμα παίζει καθοριστικό ρόλο στον προσδιορισμό της πολικότητας του μορίου.

Η πολικότητα του τετραχλωράνθρακα είναι επίσης ένα παρόμοιο σενάριο.

Εικόνα 5:Μόριο τετραχλωράνθρακα

Η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ άνθρακα και χλωρίου είναι αρκετά επαρκής ώστε ο δεσμός C-Cl να πολωθεί. Το ζεύγος ηλεκτρονίων που μοιράζονται μεταξύ C και Cl είναι περισσότερο προς τα άτομα Cl. Ωστόσο, το μόριο τετραχλωράνθρακα έχει συμμετρικό σχήμα τετραέδρου, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την ακύρωση των καθαρών διπολικών ροπών των δεσμών με αποτέλεσμα τη μηδενική καθαρή διπολική ροπή. Ως εκ τούτου, το μόριο γίνεται μη πολικό.