A poláris és nem poláris molekulák a molekulák két nagy csoportját alkotják. A polaritás az elektromos töltés eloszlását írja le a molekula körül. A töltés egyenletesen oszlik el egy nem poláros molekulában, de egyenlőtlenül oszlik el egy poláros molekulában. Más szóval, egy poláros molekulának vannak részleges töltéssel rendelkező területei.
Itt találunk példákat a poláros és nem poláros molekulákra, megnézzük, hogyan kapcsolódik a polaritás az ionos és kovalens kötésekhez, és hogyan lehet a polaritás segítségével megjósolni, hogy mely molekulák keverednek.
Poláros molekulák
A poláros molekulának dipólusa van, ahol a molekula egy része részben pozitív, egy része pedig részben negatív töltéssel rendelkezik. A poláros molekula aszimmetrikus alakú, magányos elektronpárral rendelkezik, vagy a központi atom más, különböző elektronegativitású atomokhoz kötődik. A poláros molekula általában ionos vagy poláros kovalens kötéseket tartalmaz. Példák a poláros molekulákra:
- Víz – H2O
- Ammónia – NH3
- Kén-dioxid – SO2
- Kénhidrogén-szulfid – H2S
- Szén-monoxid – CO
- Ozon – O3
- Flúorsav – HF (és egyéb molekulák egyetlen H-val)
- Ethanol – C2H6O (és más alkoholok, amelyek egyik végén OH van)
- Szacharóz – C12H22O11 (és más OH-csoportos cukrok)
A poláros molekulák gyakran hidrofilek és poláros oldószerekben oldódnak. A poláros molekulák olvadáspontja gyakran magasabb, mint a hasonló moláris tömegű nem poláros molekuláké. Ez a poláris molekulák közötti intermolekuláris erőknek, például a hidrogénkötésnek köszönhető.
Nonpoláris molekulák
A nonpoláris molekulák vagy akkor alakulnak ki, amikor az elektronok egyenlően oszlanak meg a molekula atomjai között, vagy amikor az elektronok elrendeződése a molekulában szimmetrikus, így a dipólustöltések kioltják egymást. A nem poláros molekulák példái:
- A nemesgázok bármelyike: (Bár technikailag ezek atomok és nem molekulák.)
- A homonukleáris kétatomos elemek bármelyike: H2, N2, O2, Cl2 (Ezek valóban nem poláris molekulák.)
- Szén-dioxid – CO2
- Bór-trifluorid – BF3
- Benzol – C6H6
- Szén-tetraklorid – CCl4
- Metán – CH4
- Etiol – C2H4
- Szénhidrogén folyadékok, mint a benzin és a toluol
- A legtöbb szerves molekula, a kivételektől eltekintve (mint az alkoholok és a cukrok)
A nem poláris molekuláknak van néhány közös tulajdonságuk. Szobahőmérsékleten általában vízben nem oldódnak, hidrofóbok, és képesek más nem poláris vegyületek oldására.
Nonpoláris molekulák poláris kötésekkel
A polaritás a kémiai kötést alkotó két atom közötti relatív elektronegativitásértékektől függ. Két azonos elektronegativitási értékkel rendelkező atom kovalens kötést képez. Egy kovalens kötésben az elektronok egyenletesen oszlanak meg az atomok között, ezért a kötés nem poláris. A kissé eltérő elektronegativitású atomok poláros kovalens kötést alkotnak. Ha az atomok közötti elektronegativitási értékek nagyon eltérőek, ionos kötések jönnek létre. Az ionos kötések erősen polárisak.
A kötések polaritása gyakran megegyezik a molekula polaritásával. Vannak azonban nem poláris molekulák poláris kötésekkel és poláris molekulák nem poláris kötésekkel! Például a bórtrifluorid egy nem poláris molekula, amely poláris kovalens kötéseket tartalmaz. A BF3 egy trigonális síkú molekula, amely egyenletesen osztja el az elektromos töltést a molekulában, annak ellenére, hogy a bór- és a fluoratomok közötti kötés poláris. Az ózon egy példa a nem poláris kovalens kötésekből álló poláris molekulára. Az O3 oxigénmolekulák közötti kémiai kötések tisztán kovalensek, mivel az atomok elektronegativitása azonos. Az ózonmolekula azonban hajlított alakú (mint a víz), és elektronjai nem egyforma időt töltenek mindhárom atomnál. A középső atom részlegesen pozitív elektromos töltéssel rendelkezik, míg a két külső atom egy-egy részleges negatív töltést hordoz.
Polaritás és keverhetőség
A polaritás segítségével megjósolhatod, hogy két vegyület keverhető-e (oldatot képezve keveredik-e vagy sem). Az ökölszabály az, hogy “hasonló oldódik hasonlóan”. Ez azt jelenti, hogy a poláros oldószerek poláros oldott anyagokat oldanak, míg a nem poláros oldószerek nem poláros oldott anyagokat oldanak. Ez megmagyarázza, hogy az alkohol és a víz miért keveredik teljesen (mindkettő poláris), és miért nem keveredik az olaj és a víz (nem poláris a polárral).
Az egyik és a másik molekula között köztes polaritású vegyület közvetítőként működhet, hogy egy vegyszert oldjon fel egy oldószerben, amikor az normális esetben oldhatatlan. Például, ha egy ionos vagy poláros vegyületet szerves, nem poláros oldószerbe akarunk keverni, először feloldhatjuk etanolban. Az etanol csak enyhén poláros, de gyakran elegendő az oldott anyag feloldásához. Miután a poláros molekula feloldódott, keverjük az etanolos oldatot egy nem poláros szerves oldószerbe, például xilolba vagy benzolba.
- Ingold, C. K.; Ingold, E. H. (1926). “Az alternáló hatás természete a szénláncokban. 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). “Az ózon Stark- és Zeeman-tulajdonságai molekulasugár-spektroszkópiából”. Journal of Chemical Physics. 66 (12): 5278-5283. doi:10.1063/1.433909
- Pauling, L. (1960). A kémiai kötés természete (3. kiadás). Oxford University Press. ISBN 0801403332.
- Ziaei-Moayyed, Maryam; Goodman, Edward; Williams, Peter (November 1,2000). “Poláris folyadékáramok elektromos eltérítése: A Misunderstood Demonstration”. Journal of Chemical Education. 77 (11): 1520. doi:10.1021/ed077p1520
.