Mikä on polaarimolekyyli?

Jokaisella molekyylillä on kolmiulotteinen sähkömaksujen "muoto", joka tulee niiden atomien protoneista ja elektroneista, joista se on tehty, ja siitä, miten ne on järjestetty avaruuteen. Joissakin molekyyleissä varaukset jakautuvat melko tasaisesti. Toisille negatiiviset varaukset niputtavat toista päätä, mikä tekee toisesta päästä positiivisen. Polaarimolekyylit muodostavat jälkimmäisen tapauksen. Latausten epätasainen jakautuminen antaa niille selkeän sähköisen napaisuuden.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Polaarimolekyylin toisella puolella on positiivinen sähkövaraus ja vastakkaisella puolella negatiivinen varaus.

Molekyylin napaisuus tai ei-polaarisuus on kyse siitä, kuinka sähkövarat jakautuvat sen atomien kesken. Yksittäisen atomin kohdalla varauksen jakautuminen on suoraviivaista: Positiivisella varauksella olevat protonit ovat kaikki ytimessä ja ytimen ympäri kiertävät elektronit ovat kaikki negatiivisia. Protonit ja elektronit tasapainottuvat neutraalissa atomissa, ja atomilla on negatiivinen tai positiivinen nettovaraus, jos se saa tai menettää elektroneja. Joka tapauksessa, jos pieni kuvitteellinen tarkkailija “näkee” atomin sähkövarauksen, se näyttää paljolti samalta ulkopuolelta. Yksi puoli tai osa ei ole kovin erilainen kuin toinen.

Molekyylien kohdalla kuva monimutkaistuu. Atomien väliset sidokset voivat olla säännöllisiä ja hyvin järjestettyjä, tai ne voivat olla venytettyjä, taipuneita tai muuten jännittyneitä.

Muutama erilainen tekijä vaikuttaa molekyylin muotoon, mukaan lukien mukana olevien atomien elektronegatiivisuus, molekyylin atomien lukumäärä ja atomien välisten sidosten tyypit. Jos molekyylillä on korkea symmetrian taso, ts. Jos atomit muodostavat suoran viivan, renkaan tai jonkin muun säännöllisen muodon, jolla on yhtäläiset sivut, on todennäköistä, että se ei ole polaarinen. Sellaisissa muodoissa olevien elektronipilvien negatiiviset varaukset pyrkivät tasaantumaan koko molekyylin yli. Molekyylit, joissa on ulkonemia, taipumia, kolhuja ja vääntymiä, ovat kuitenkin tyypillisesti polaarisia. Näiden molekyylien epäsäännöllinen muoto pakottaa sähkövaraukset nippumaan, jolloin toinen puoli on negatiivisempi ja toinen positiivisempi.

Onko molekyyli polaarinen vai ei, on tutkintokysymys. Kun molekyylin toinen pää on negatiivisempi kuin toinen, kemisti kutsuu sitä dipoliksi. Siinä on kaksi erillistä sähkönapaa, yksi positiivinen, toinen negatiivinen. Varauseron määrä molekyylissä antaa dipolimomentiksi kutsutun määrän. Molekyyleillä, joilla on tasainen varausjakauma, dipolimomentti on pieni, mutta varauksen erotuksen kasvaessa napamomentti kasvaa. Dipolimomentti kertoo kuinka heikosti tai voimakkaasti polaarinen molekyyli on.

Molekyylin dipolimomentti vaikuttaa voimakkaasti sen käyttäytymiseen. Esimerkiksi vesi on polaarimolekyyli. Happiatomi vetää elektronit vetyatomista toiselle puolelle paljastaen protonit ja tekemällä vetypuolen positiiviseksi samalla kun happipuoli muuttuu negatiiviseksi. Vesimolekyylien väliset positiiviset-negatiiviset vetovoimat saavat ne riviin ryhmiin kuten päivänkakkamagneettiketju. Tämä vaikuttaa siihen, miten jääkiteistä muodostuu lumihiutaleita ja miten vesi liuottaa muut polaariset ja ioniset aineet.