Ogni molecola ha una "forma" tridimensionale di cariche elettriche che deriva dai protoni e dagli elettroni degli atomi di cui è composta e da come sono disposti nello spazio. In alcune molecole, le cariche sono distribuite in modo abbastanza uniforme. Per altri, le cariche negative si accumulano su un'estremità, rendendo l'altra estremità positiva. Le molecole polari costituiscono quest'ultimo caso. La distribuzione irregolare delle cariche conferisce loro una polarità elettrica distinta.
TL; DR (troppo lungo; non letto)
Una molecola polare ha una carica elettrica positiva su un lato e una carica negativa sul lato opposto.
Qual è la carica?
La polarità o non polarità di una molecola riguarda il modo in cui le cariche elettriche sono distribuite tra i suoi atomi. Per un singolo atomo, la distribuzione della carica è semplice: i protoni con carica positiva sono tutti nel nucleo e gli elettroni che orbitano attorno al nucleo sono tutti negativi. I protoni e gli elettroni si bilanciano in un atomo neutro e l'atomo avrà una carica netta negativa o positiva se guadagna o perde elettroni. In ogni caso, se un minuscolo osservatore immaginario "vede" la carica elettrica di un atomo, dall'esterno sembra più o meno lo stesso. Un lato o una parte non è molto diverso dall'altro.
Per le molecole, il quadro si complica. I legami tra gli atomi possono essere regolari e ben ordinati, oppure possono essere allungati, piegati o altrimenti tesi.
Mettersi in forma
Alcuni fattori diversi influenzano la forma di una molecola, inclusa l'elettronegatività degli atomi coinvolti, il numero di atomi nella molecola e i tipi di legami tra gli atomi. Se una molecola ha un alto grado di simmetria, cioè se gli atomi formano una linea retta, un anello o qualche altra forma regolare con lati uguali, è probabile che non sia polare. Le cariche negative delle nuvole di elettroni in tali forme tendono a uniformarsi sull'intera molecola. Tuttavia, le molecole con sporgenze, piegature, protuberanze e pieghe sono tipicamente polari. La forma irregolare di queste molecole costringe le cariche elettriche ad accumularsi, lasciando un lato più negativo e l'altro più positivo.
Avere un momento di dipolo
Se una molecola è polare o meno è una questione di grado. Quando un'estremità di una molecola è più negativa dell'altra, un chimico la chiama dipolo. Ha due poli elettrici distinti, uno positivo, l'altro negativo. La quantità della differenza di carica attraverso una molecola dà una quantità chiamata momento di dipolo. Per molecole con una distribuzione di carica uniforme, il momento di dipolo è piccolo, ma con l'aumento della differenza di carica, il momento polare diventa maggiore. Il momento di dipolo ti dice quanto sia debole o fortemente polare la molecola.
Le molecole polari si attaccano insieme
Il momento di dipolo di una molecola influenza fortemente il suo comportamento. Ad esempio, l'acqua è una molecola polare. L'atomo di ossigeno attira gli elettroni dagli atomi di idrogeno su un lato, esponendo i protoni e rendendo positivo il lato dell'idrogeno mentre il lato dell'ossigeno diventa negativo. Le attrazioni positive-negative tra le molecole d'acqua le fanno allineare in gruppi come una catena di magneti a margherita. Ciò influenza il modo in cui i cristalli di ghiaccio si trasformano in fiocchi di neve e il modo in cui l'acqua dissolve altre sostanze polari e ioniche.