Les molécules polaires et non polaires sont les deux grandes classes de molécules. La polarité décrit la distribution de la charge électrique autour d’une molécule. La charge est répartie uniformément dans une molécule non polaire, mais inégalement dans une molécule polaire. En d’autres termes, une molécule polaire a des régions de charge partielle.
Voici des exemples de molécules polaires et non polaires, un regard sur la façon dont la polarité est liée aux liaisons ioniques et covalentes, et comment vous pouvez utiliser la polarité pour prédire quelles molécules se mélangeront.
Molécules polaires
Une molécule polaire a un dipôle, où une partie de la molécule a une charge positive partielle et une partie a une charge négative partielle. Une molécule polaire a une forme asymétrique, une paire d’électrons solitaires, ou un atome central lié à d’autres atomes ayant des valeurs d’électronégativité différentes. Habituellement, une molécule polaire contient des liaisons ioniques ou covalentes polaires. Voici quelques exemples de molécules polaires :
- Eau – H2O
- Ammonia – NH3
- Dioxyde de soufre – SO2
- Sulfure d’hydrogène – H2S
- Monoxyde de carbone – CO
- Ozone – O3
- Acide fluorhydrique – HF (et d’autres molécules avec un seul H)
- Ethanol – C2H6O (et autres alcools avec un OH à une extrémité)
- Sucrose – C12H22O11 (et autres sucres avec des groupes OH)
Les molécules polaires sont souvent hydrophiles et solubles dans les solvants polaires. Les molécules polaires ont souvent des points de fusion plus élevés que les molécules non polaires de masse molaire similaire. Ceci est dû aux forces intermoléculaires entre les molécules polaires, telles que la liaison hydrogène.
Molécules non polaires
Les molécules non polaires se forment soit lorsque les électrons sont également partagés entre les atomes d’une molécule, soit lorsque la disposition des électrons dans une molécule est symétrique de sorte que les charges dipolaires s’annulent. Voici quelques exemples de molécules non polaires :
- Tout gaz noble : He, Ne, Ar, Kr, Xe (Bien que, techniquement, ce sont des atomes et non des molécules.)
- Tout élément diatomique homonucléaire : H2, N2, O2, Cl2 (Ce sont vraiment des molécules non polaires.)
- Dioxyde de carbone – CO2
- Trifluorure de bore – BF3
- Benzène – C6H6
- Tétrachlorure de carbone – CCl4
- Méthane – CH4
- Ethylène – C2H4
- Liquides hydrocarbures, comme l’essence et le toluène
- La plupart des molécules organiques, avec des exceptions (comme les alcools et les sucres)
Les molécules non polaires partagent certaines propriétés communes. Elles ont tendance à être insolubles dans l’eau à température ambiante, hydrophobes et capables de dissoudre d’autres composés non polaires.
Molécules non polaires à liaisons polaires
La polarité dépend des valeurs relatives d’électronégativité entre deux atomes formant une liaison chimique. Deux atomes ayant les mêmes valeurs d’électronégativité forment une liaison covalente. Les électrons sont partagés de manière égale entre les atomes dans une liaison covalente, la liaison est donc non polaire. Les atomes ayant des valeurs d’électronégativité légèrement différentes forment des liaisons covalentes polaires. Lorsque les valeurs d’électronégativité entre les atomes sont très différentes, des liaisons ioniques se forment. Les liaisons ioniques sont très polaires.
Souvent, la polarité des liaisons est la même que la polarité de la molécule. Cependant, il existe des molécules non polaires avec des liaisons polaires et des molécules polaires avec des liaisons non polaires ! Par exemple, le trifluorure de bore est une molécule non polaire qui contient des liaisons covalentes polaires. Le BF3 est une molécule plane trigonale qui distribue uniformément la charge électrique autour de la molécule, même si la liaison entre les atomes de bore et de fluor est polaire. L’ozone est un exemple de molécule polaire constituée de liaisons covalentes non polaires. Les liaisons chimiques entre les molécules d’oxygène dans O3 sont purement covalentes car les atomes ont des valeurs d’électronégativité identiques. Cependant, la molécule d’ozone a une forme courbée (comme l’eau) et ses électrons ne passent pas le même temps avec les trois atomes. L’atome du milieu a une charge électrique positive partielle, tandis que les deux atomes extérieurs portent chacun une charge négative partielle.
Polarité et miscibilité
Vous pouvez utiliser la polarité pour prédire si deux composés sont miscibles (se mélangeront pour former une solution) ou non. La règle empirique est que « les semblables se dissolvent comme ». Cela signifie que les solvants polaires dissolvent les solutés polaires, tandis que les solvants non polaires dissolvent les solutés non polaires. Cela explique pourquoi l’alcool et l’eau sont complètement miscibles (tous deux polaires) et pourquoi l’huile et l’eau ne se mélangent pas (non polaire avec polaire).
Un composé ayant une polarité intermédiaire entre une molécule et une autre peut servir d’intermédiaire pour dissoudre un produit chimique dans un solvant alors qu’il est normalement insoluble. Par exemple, pour mélanger un composé ionique ou polaire dans un solvant organique non polaire, vous pouvez d’abord le dissoudre dans l’éthanol. L’éthanol n’est que légèrement polaire, mais cela suffit souvent à dissoudre le soluté. Après la dissolution de la molécule polaire, mélangez la solution d’éthanol dans un solvant organique non polaire, comme le xylène ou le benzène.
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