POLARITÄT (CHEMIE): POLARE MOLEKÜLE UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die chemische Polarität ist eine Eigenschaft, die durch das Vorhandensein einer ausgeprägten heterogenen Verteilung der Elektronendichten in einem Molekül gekennzeichnet ist. In seiner Struktur gibt es daher negativ geladene Bereiche (δ-) und andere positiv geladene (δ +), die ein Dipolmoment erzeugen.

Das Dipolmoment (µ) der Bindung ist eine Ausdrucksform der Polarität eines Moleküls. Es wird normalerweise als Vektor dargestellt, dessen Ursprung in der Ladung (+) liegt und dessen Ende in der Ladung (-) liegt, obwohl einige Chemiker es umgekehrt darstellen.

Elektrostatische Potentialkarte für das Wassermolekül. Quelle: Benjah-bmm27 über Wikipedia.

Das obere Bild zeigt die elektrostatische Potentialkarte für Wasser, H ₂ O. Der rötliche Bereich (Sauerstoffatom) entspricht dem mit der höchsten Elektronendichte, und es ist auch zu sehen, dass dies auf den blauen Bereichen (Wasserstoffatomen) auffällt ).

Da die Verteilung der Elektronendichte heterogen ist, wird gesagt, dass es einen positiven und einen negativen Pol gibt. Deshalb sprechen wir über chemische 'Polarität' und Dipolmoment.

Dipolmoment

Das Dipolmoment µ wird durch folgende Gleichung definiert:

µ = δ · d

Wobei δ die elektrische Ladung jedes Pols ist, positiv (+ δ) oder negativ (–δ), und d der Abstand zwischen ihnen ist.

Das Dipolmoment wird normalerweise in Debye ausgedrückt, dargestellt durch das Symbol D. Ein Coulomb · Meter entspricht 2,998 · 10 ²⁹ D.

Der Wert des Dipolmoments der Bindung zwischen zwei verschiedenen Atomen steht in Beziehung zum Unterschied der Elektronegativitäten der Atome, die die Bindung bilden.

Damit ein Molekül polar ist, reicht es nicht aus, polare Bindungen in seiner Struktur zu haben, sondern es muss auch eine asymmetrische Geometrie aufweisen. so, dass verhindert wird, dass sich die Dipolmomente vektoriell aufheben.

Asymmetrie im Wassermolekül

Das Wassermolekül hat zwei OH-Bindungen. Die Geometrie des Moleküls ist eckig, dh wie ein "V" geformt; Daher heben sich die Dipolmomente der Bindungen nicht gegenseitig auf, sondern die Summe von ihnen wird in Richtung des Sauerstoffatoms erzeugt.

Die elektrostatische Potentialkarte für H ₂ O spiegelt dies wider.

Wenn das Winkelmolekül HOH beobachtet wird, kann sich die folgende Frage stellen: Ist es wirklich asymmetrisch? Wenn eine imaginäre Achse durch das Sauerstoffatom gezogen wird, teilt sich das Molekül in zwei gleiche Hälften: HOOH.

Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn die imaginäre Achse horizontal ist. Wenn diese Achse das Molekül nun wieder in zwei Hälften teilt, haben Sie das Sauerstoffatom auf der einen Seite und die beiden Wasserstoffatome auf der anderen Seite.

Aus diesem Grund hört die scheinbare Symmetrie von H ₂ O auf zu existieren und wird daher als asymmetrisches Molekül angesehen.

Polare Moleküle

Polare Moleküle müssen eine Reihe von Eigenschaften erfüllen, wie z.

-Die Verteilung der elektrischen Ladungen in der Molekülstruktur ist asymmetrisch.

-Sie sind normalerweise wasserlöslich. Dies liegt daran, dass polare Moleküle durch Dipol-Dipol-Kräfte interagieren können, wobei Wasser durch ein großes Dipolmoment gekennzeichnet ist.

Darüber hinaus ist seine Dielektrizitätskonstante sehr hoch (78,5), was es ihm ermöglicht, die elektrischen Ladungen getrennt zu halten und seine Löslichkeit zu erhöhen.

-Im Allgemeinen haben polare Moleküle hohe Siede- und Schmelzpunkte.

Diese Kräfte bestehen aus der Dipol-Dipol-Wechselwirkung, den Londoner Dispersionskräften und der Bildung von Wasserstoffbrücken.

- Aufgrund ihrer elektrischen Ladung können polare Moleküle Elektrizität leiten.

Beispiele

SW

Schwefeldioxid (SO ₂ ). Sauerstoff hat eine Elektronegativität von 3,44, während die Elektronegativität von Schwefel 2,58 beträgt. Daher ist Sauerstoff elektronegativer als Schwefel. Es gibt zwei S = O-Bindungen, wobei die O eine δ-Ladung und die S eine δ + -Ladung aufweist.

Da es sich um ein Winkelmolekül mit S am Scheitelpunkt handelt, sind die beiden Dipolmomente in die gleiche Richtung ausgerichtet. und deshalb addieren sie sich und machen das SO ₂ -Molekül polar.

CHCl

Chloroform (HCCl ₃ ). Es gibt eine CH-Bindung und drei C-Cl-Bindungen.

Die Elektronegativität von C beträgt 2,55 und die Elektronegativität von H beträgt 2,2. Somit ist Kohlenstoff elektronegativer als Wasserstoff; und daher wird das Dipolmoment von H (δ +) nach C (δ-) ausgerichtet: C ^δ- -H ^{δ +} .

Im Fall von C-Cl-Bindungen hat C eine Elektronegativität von 2,55, während Cl eine Elektronegativität von 3,16 hat. Der Dipolvektor oder das Dipolmoment ist in den drei C ^{δ +} -Cl ^δ- Bindungen von C nach Cl ausgerichtet .

Da es um das Wasserstoffatom eine elektronenarme Region und eine elektronenreiche Region aus den drei Chloratomen gibt, wird CHCl ₃ als polares Molekül angesehen.

HF

Fluorwasserstoff hat nur eine HF-Bindung. Die Elektronegativität von H beträgt 2,22 und die Elektronegativität von F beträgt 3,98. Daher hat Fluor die höchste Elektronendichte, und die Bindung zwischen beiden Atomen lässt sich am besten beschreiben als: H ^{δ +} -F ^δ- .

NH

Ammoniak (NH ₃ ) hat drei NH-Bindungen. Die Elektronegativität von N beträgt 3,06 und die Elektronegativität von H beträgt 2,22. In allen drei Bindungen ist die Elektronendichte auf Stickstoff ausgerichtet und durch die Anwesenheit eines Paares freier Elektronen noch höher.

Das NH ₃ -Molekül ist tetraedrisch, wobei das N-Atom den Scheitelpunkt einnimmt. Die drei Dipolmomente, die NH-Bindungen entsprechen, sind in die gleiche Richtung ausgerichtet. In ihnen befindet sich δ- im N und δ + im H. Somit sind die Bindungen: N ^δ- -H ^{δ +} .

Diese Dipolmomente, die Asymmetrie des Moleküls und das freie Elektronenpaar auf Stickstoff machen Ammoniak zu einem hochpolaren Molekül.

Makromoleküle mit Heteroatomen

Wenn Moleküle sehr groß sind, ist es nicht mehr genau, sie selbst als unpolar oder polar zu klassifizieren. Dies liegt daran, dass es Teile seiner Struktur geben kann, die sowohl unpolare (hydrophobe) als auch polare (hydrophile) Eigenschaften aufweisen.

Diese Arten von Verbindungen sind als Amphiphile oder Amphipathika bekannt. Da der unpolare Teil relativ zum polaren Teil als elektronenarm angesehen werden kann, ist in der Struktur eine Polarität vorhanden, und amphiphile Verbindungen werden als polare Verbindungen angesehen.

Es ist allgemein zu erwarten, dass ein Makromolekül mit Heteroatomen Dipolmomente und damit chemische Polarität aufweist.

Unter Heteroatomen werden solche verstanden, die sich von denen unterscheiden, aus denen das Gerüst der Struktur besteht. Zum Beispiel ist das Kohlenstoffgerüst biologisch das wichtigste von allen, und das Atom, mit dem Kohlenstoff (zusätzlich zu Wasserstoff) eine Bindung eingeht, wird als Heteroatom bezeichnet.

Verweise

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