Jak wyjaśnić biegunowość

W chemii polarność odnosi się do sposobu, w jaki atomy łączą się ze sobą. Kiedy atomy łączą się w wiązania chemiczne, dzielą elektrony. Cząsteczka polarna powstaje, gdy jeden z atomów wywiera silniejszą siłę przyciągania na elektrony w wiązaniu. Elektrony są przyciągane bardziej w kierunku tego atomu, przez co cząsteczka wykazuje nieznaczną nierównowagę ładunku.

W neutralnym atomie elektrony krążą wokół jądra atomu w chmurze. Kiedy atomy łączą się, dzielą te elektrony. W tym przypadku chmury gęstości elektronowej przecinają się ze sobą. Jest to najbardziej widoczne w wiązaniu kowalencyjnym, w którym elektrony są równo podzielone. Jednak gdy cząsteczka jest polarna, elektrony dążą do jednego z atomów wiązania. Dokładny obraz chmur gęstości elektronowej dla tych wiązań może się różnić w zależności od zaangażowanych atomów.

Biegunowość wiązania jest określona przez pojęcie okresowe zwane elektroujemnością. Elektroujemność jest wyrazem tendencji atomu do przyciągania elektronów w wiązaniu chemicznym. Aby określić biegunowość wiązania, musisz znaleźć różnicę w elektroujemnościach zaangażowanych atomów. Jeśli różnica wynosi od 0,4 do 1,7, wiązanie będzie polarne. Jeśli różnica jest większa, wiązanie będzie miało charakter jonowy. Oznacza to, że elektrony będą pobierane z mniej elektroujemnego pierwiastka i spędzają cały swój czas na orbicie bardziej elektroujemnego pierwiastka. Jeśli różnica elektroujemności jest mniejsza niż 0,4, wiązanie będzie niepolarne kowalencyjne. Oznacza to, że elektrony będą równo podzielone między atomy, a wiązanie nie będzie miało charakteru polarnego.

W wiązaniu polarnym wynikająca z tego różnica w cząstkowych ładunkach każdego atomu nazywana jest momentem dipolowym. Ujemny ładunek częściowy znajduje się na bardziej elektroujemnym elemencie. Dodatni ładunek częściowy znajduje się na mniej elektroujemnym elemencie. Momenty dipolowe w poszczególnych wiązaniach, które tworzą cząsteczkę, mogą nadać całej cząsteczce odpowiedni moment dipolowy netto. Chociaż mówi się, że cząsteczka jest elektrycznie obojętna, nadal ma pewne atrakcyjne i odpychające właściwości ze względu na swój moment dipolowy. Może to prowadzić do pewnych unikalnych właściwości molekularnych. Na przykład cząsteczkowy moment dipolowy cząsteczki wody prowadzi do charakterystycznie wysokiego napięcia powierzchniowego wody.

W niektórych przypadkach poszczególne wiązania cząsteczki mają charakter polarny, ale sama cząsteczka nie. Dzieje się tak, gdy częściowe ładunki znoszą się nawzajem z powodu równej siły i przeciwnej orientacji fizycznej. Na przykład cząsteczka dwutlenku węgla składa się z dwóch wiązań węgiel-tlen. Elektroujemność tlenu wynosi 3,5, a elektroujemność węgla 2,5. Mają różnicę jeden, co oznacza, że ​​każde wiązanie węgiel-tlen jest polarne. Jednak w cząsteczce dwutlenku węgla atomy są zorientowane liniowo z węglem pośrodku. Częściowe ładunki dwóch atomów tlenu znoszą się, tworząc niepolarną cząsteczkę.