Jedes Molekül hat eine dreidimensionale „Form“ elektrischer Ladungen, die von den Protonen und Elektronen der Atome, aus denen es besteht, und ihrer Anordnung im Raum stammt. Bei einigen Molekülen sind die Ladungen ziemlich gleichmäßig verteilt. Bei anderen sammeln sich negative Ladungen an einem Ende an und machen das andere Ende positiv. Polare Moleküle bilden den letzteren Fall. Die ungleichmäßige Ladungsverteilung verleiht ihnen eine ausgeprägte elektrische Polarität.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Ein polares Molekül hat auf einer Seite eine positive elektrische Ladung und auf der gegenüberliegenden Seite eine negative Ladung.
Was ist die Gebühr?
Die Polarität oder Nicht-Polarität eines Moleküls hängt davon ab, wie elektrische Ladungen zwischen seinen Atomen verteilt werden. Für ein einzelnes Atom ist die Ladungsverteilung einfach: Die positiv geladenen Protonen befinden sich alle im Kern, und die den Kern umkreisenden Elektronen sind alle negativ. Die Protonen und Elektronen gleichen sich in einem neutralen Atom aus, und das Atom hat eine negative oder positive Nettoladung, wenn es Elektronen aufnimmt oder verliert. Jedenfalls, wenn ein winziger imaginärer Beobachter die elektrische Ladung eines Atoms „sieht“, sieht es von außen ziemlich gleich aus. Eine Seite oder ein Teil unterscheidet sich nicht wesentlich von einer anderen.
Bei Molekülen wird das Bild kompliziert. Die Bindungen zwischen Atomen können regelmäßig und wohlgeordnet sein, oder sie können gedehnt, gebogen oder auf andere Weise gespannt sein.
In Form kommen
Einige verschiedene Faktoren beeinflussen die Form eines Moleküls, darunter die Elektronegativität der beteiligten Atome, die Anzahl der Atome im Molekül und die Art der Bindungen zwischen den Atomen. Wenn ein Molekül einen hohen Grad an Symmetrie hat, das heißt, wenn die Atome eine gerade Linie, einen Ring oder eine andere regelmäßige Form mit gleichen Seiten bilden, ist es wahrscheinlich nicht polar. Die negativen Ladungen der Elektronenwolken in solchen Formen neigen dazu, sich über das gesamte Molekül auszugleichen. Moleküle mit Vorsprüngen, Biegungen, Erhebungen und Knicken sind jedoch typischerweise polar. Die unregelmäßige Form dieser Moleküle zwingt elektrische Ladungen dazu, sich zu bündeln, wodurch eine Seite negativer und die andere positiver bleibt.
Ein Dipolmoment haben
Ob ein Molekül polar ist oder nicht, ist eine Frage des Grades. Wenn ein Ende eines Moleküls negativer ist als das andere, nennt es ein Chemiker einen Dipol. Es hat zwei verschiedene elektrische Pole, einen positiv, den anderen negativ. Der Betrag der Ladungsdifferenz über ein Molekül ergibt eine Größe, die als Dipolmoment bezeichnet wird. Bei Molekülen mit gleichmäßiger Ladungsverteilung ist das Dipolmoment klein, aber mit zunehmender Ladungsdifferenz wird das polare Moment größer. Das Dipolmoment sagt aus, wie schwach oder stark polar das Molekül ist.
Polare Moleküle halten zusammen
Das Dipolmoment eines Moleküls beeinflusst stark sein Verhalten. Wasser ist beispielsweise ein polares Molekül. Das Sauerstoffatom zieht die Elektronen von den Wasserstoffatomen auf eine Seite, legt die Protonen frei und macht die Wasserstoffseite positiv, während die Sauerstoffseite negativ wird. Die positiv-negative Anziehung zwischen Wassermolekülen führt dazu, dass sie sich in Gruppen wie eine Gänseblümchenkette von Magneten anordnen. Dies beeinflusst, wie sich Eiskristalle zu Schneeflocken formen und wie Wasser andere polare und ionische Substanzen auflöst.