Las moléculas polares y no polares son las dos grandes clases de moléculas. La polaridad describe la distribución de la carga eléctrica alrededor de una molécula. La carga se distribuye uniformemente en una molécula no polar, pero se distribuye desigualmente en una molécula polar. En otras palabras, una molécula polar tiene regiones de carga parcial.
Aquí hay ejemplos de moléculas polares y no polares, una mirada a cómo la polaridad se relaciona con los enlaces iónicos y covalentes, y cómo se puede usar la polaridad para predecir qué moléculas se mezclarán.
Moléculas polares
Una molécula polar tiene un dipolo, donde parte de la molécula tiene una carga positiva parcial y parte tiene una carga negativa parcial. Una molécula polar tiene una forma asimétrica, un par de electrones solitarios o un átomo central unido a otros átomos con diferentes valores de electronegatividad. Normalmente, una molécula polar contiene enlaces iónicos o covalentes polares. Algunos ejemplos de moléculas polares son:
- Agua – H2O
- Amoníaco – NH3
- Dióxido de azufre – SO2
- Sulfuro de hidrógeno – H2S
- Monóxido de carbono – CO
- Ozona – O3
- Ácido fluorhídrico – HF (y otras moléculas con un solo H)
- Etanol – C2H6O (y otros alcoholes con un OH en un extremo)
- Sacarosa – C12H22O11 (y otros azúcares con grupos OH)
Las moléculas polares suelen ser hidrófilas y solubles en disolventes polares. Las moléculas polares suelen tener puntos de fusión más altos que las moléculas no polares con masas molares similares. Esto se debe a las fuerzas intermoleculares entre las moléculas polares, como el enlace de hidrógeno.
Moléculas no polares
Las moléculas no polares se forman cuando los electrones se reparten por igual entre los átomos de una molécula o cuando la disposición de los electrones en una molécula es simétrica, de modo que las cargas dipolares se anulan entre sí. Algunos ejemplos de moléculas no polares son:
- Cualquiera de los gases nobles: He, Ne, Ar, Kr, Xe (Aunque, técnicamente son átomos y no moléculas.)
- Cualquiera de los elementos diatómicos homonucleares: H2, N2, O2, Cl2 (Son moléculas verdaderamente no polares.)
- Dióxido de carbono – CO2
- Trifluoruro de boro – BF3
- Benceno – C6H6
- Tetracloruro de carbono – CCl4
- Metano – CH4
- Etileno – C2H4
- Líquidos hidrocarbonados, como la gasolina y el tolueno
- La mayoría de las moléculas orgánicas, con excepciones (como los alcoholes y los azúcares)
Las moléculas no polares comparten algunas propiedades comunes. Suelen ser insolubles en agua a temperatura ambiente, hidrofóbicas y capaces de disolver otros compuestos no polares.
Moléculas no polares con enlaces polares
La polaridad depende de los valores relativos de electronegatividad entre dos átomos que forman un enlace químico. Dos átomos con los mismos valores de electronegatividad forman un enlace covalente. Los electrones se reparten uniformemente entre los átomos de un enlace covalente, por lo que el enlace es no polar. Los átomos con valores de electronegatividad ligeramente diferentes forman enlaces covalentes polares. Cuando los valores de electronegatividad entre los átomos son muy diferentes, se forman enlaces iónicos. Los enlaces iónicos son altamente polares.
A menudo, la polaridad de los enlaces es la misma que la polaridad de la molécula. Sin embargo, ¡hay moléculas no polares con enlaces polares y moléculas polares con enlaces no polares! Por ejemplo, el trifluoruro de boro es una molécula no polar que contiene enlaces covalentes polares. El BF3 es una molécula trigonal plana que distribuye uniformemente la carga eléctrica alrededor de la molécula, aunque el enlace entre los átomos de boro y flúor es polar. El ozono es un ejemplo de molécula polar formada por enlaces covalentes no polares. Los enlaces químicos entre las moléculas de oxígeno en el O3 son puramente covalentes porque los átomos tienen idénticos valores de electronegatividad. Sin embargo, la molécula de ozono tiene una forma doblada (como el agua) y sus electrones no pasan el mismo tiempo con los tres átomos. El átomo central tiene una carga eléctrica parcialmente positiva, mientras que los dos átomos exteriores tienen cada uno una carga parcial negativa.
Polaridad y miscibilidad
Se puede utilizar la polaridad para predecir si dos compuestos son o no miscibles (se mezclarán para formar una solución). La regla general es que «lo semejante se disuelve en lo semejante». Esto significa que los disolventes polares disuelven los solutos polares, mientras que los disolventes no polares disuelven los solutos no polares. Esto explica por qué el alcohol y el agua son completamente miscibles (ambos polares) y por qué el aceite y el agua no se mezclan (no polar con polar).
Un compuesto con una polaridad intermedia entre una molécula y otra puede actuar como intermediario para disolver una sustancia química en un disolvente cuando normalmente es insoluble. Por ejemplo, para mezclar un compuesto iónico o polar en un disolvente orgánico no polar, se puede disolver primero en etanol. El etanol es sólo ligeramente polar, pero a menudo es suficiente para disolver el soluto. Una vez disuelta la molécula polar, mezcle la solución de etanol en un disolvente orgánico no polar, como el xileno o el benceno.
- Ingold, C. K.; Ingold, E. H. (1926). «La naturaleza del efecto de alternancia en las cadenas de carbono. Part V. A Discussion of Aromatic Substitution with Special Reference to Respective Roles of Polar and Nonpolar Dissociation; and a Further Study of the Relative Directive Efficiencies of Oxygen and Nitrogen». J. Chem. Soc.: 1310-1328. doi:10.1039/jr9262901310
- Mack, Kenneth M.; Muenter, J. S. (1977). «Propiedades Stark y Zeeman del ozono a partir de la espectroscopia de haces moleculares». Journal of Chemical Physics. 66 (12): 5278-5283. doi:10.1063/1.433909
- Pauling, L. (1960). The Nature of the Chemical Bond (3ª ed.). Oxford University Press. ISBN 0801403332.
- Ziaei-Moayyed, Maryam; Goodman, Edward; Williams, Peter (1 de noviembre de 2000). «Desviación eléctrica de corrientes de líquidos polares: A Misunderstood Demonstration». Journal of Chemical Education. 77 (11): 1520. doi:10.1021/ed077p1520