Le molecole polari e non polari sono le due grandi classi di molecole. La polarità descrive la distribuzione della carica elettrica intorno a una molecola. La carica è distribuita uniformemente in una molecola non polare, ma non uniformemente in una molecola polare. In altre parole, una molecola polare ha regioni di carica parziale.
Qui ci sono esempi di molecole polari e non polari, uno sguardo a come la polarità si riferisce ai legami ionici e covalenti, e come si può usare la polarità per prevedere quali molecole si mescoleranno.
Molecole polari
Una molecola polare ha un dipolo, dove parte della molecola ha una parziale carica positiva e parte ha una parziale carica negativa. Una molecola polare ha una forma asimmetrica, una coppia di elettroni solitari o un atomo centrale legato ad altri atomi con diversi valori di elettronegatività. Di solito, una molecola polare contiene legami ionici o covalenti polari. Esempi di molecole polari includono:
- Acqua – H2O
- Ammoniaca – NH3
- Biossido di zolfo – SO2
- Solfuro di idrogeno – H2S
- Monossido di carbonio – CO
- Ozono – O3
- Acido fluoridrico – HF (e altre molecole con una sola H)
- Etanolo – C2H6O (e altri alcoli con un OH ad una estremità)
- Sucroso – C12H22O11 (e altri zuccheri con gruppi OH)
Le molecole polari sono spesso idrofile e solubili in solventi polari. Le molecole polari hanno spesso punti di fusione più alti delle molecole non polari con masse molari simili. Questo è dovuto alle forze intermolecolari tra le molecole polari, come il legame a idrogeno.
Molecole non polari
Le molecole non polari si formano quando gli elettroni sono equamente condivisi tra gli atomi in una molecola o quando la disposizione degli elettroni in una molecola è simmetrica in modo che le cariche di dipolo si annullano a vicenda. Esempi di molecole non polari includono:
- Tutti i gas nobili: He, Ne, Ar, Kr, Xe (anche se tecnicamente questi sono atomi e non molecole)
- Qualsiasi elemento diatomico omonucleare: H2, N2, O2, Cl2 (Queste sono veramente molecole non polari.)
- Diossido di carbonio – CO2
- Trifluoruro di boro – BF3
- Benzene – C6H6
- Tetracloruro di carbonio – CCl4
- Metano – CH4
- Etilene – C2H4
- Liquidi idrocarburi, come la benzina e il toluene
- La maggior parte delle molecole organiche, con eccezioni (come alcoli e zuccheri)
Le molecole non polari hanno alcune proprietà comuni. Tendono ad essere insolubili in acqua a temperatura ambiente, idrofobiche e capaci di dissolvere altri composti non polari.
Molecole non polari con legami polari
La polarità dipende dai valori di elettronegatività relativa tra due atomi che formano un legame chimico. Due atomi con gli stessi valori di elettronegatività formano un legame covalente. Gli elettroni sono condivisi equamente tra gli atomi in un legame covalente, quindi il legame non è polare. Atomi con valori di elettronegatività leggermente diversi formano legami covalenti polari. Quando i valori di elettronegatività tra gli atomi sono molto diversi, si formano legami ionici. I legami ionici sono altamente polari.
Spesso, la polarità dei legami è la stessa della polarità della molecola. Tuttavia, ci sono molecole non polari con legami polari e molecole polari con legami non polari! Per esempio, il trifluoruro di boro è una molecola non polare che contiene legami covalenti polari. BF3 è una molecola a pianta trigonale che distribuisce uniformemente la carica elettrica intorno alla molecola, anche se il legame tra gli atomi di boro e fluoro è polare. L’ozono è un esempio di molecola polare fatta di legami covalenti non polari. I legami chimici tra le molecole di ossigeno in O3 sono puramente covalenti perché gli atomi hanno valori di elettronegatività identici. Tuttavia, la molecola di ozono ha una forma piegata (come l’acqua) e i suoi elettroni non passano lo stesso tempo con tutti e tre gli atomi. L’atomo centrale ha una parziale carica elettrica positiva, mentre i due atomi esterni hanno ciascuno una parziale carica negativa.
Polarità e miscibilità
Puoi usare la polarità per predire se due composti sono miscibili o meno (si mescolano per formare una soluzione). La regola generale è che “il simile si scioglie come il simile”. Ciò significa che i solventi polari dissolvono soluti polari, mentre i solventi non polari dissolvono soluti non polari. Questo spiega perché l’alcool e l’acqua sono completamente miscibili (entrambi polari) e perché l’olio e l’acqua non si mescolano (non polari con polari).
Un composto con una polarità intermedia tra una molecola e l’altra può agire come intermediario per dissolvere una sostanza chimica in un solvente quando è normalmente insolubile. Per esempio, per mescolare un composto ionico o polare in un solvente organico non polare, potresti prima scioglierlo in etanolo. L’etanolo è solo leggermente polare, ma spesso è sufficiente per dissolvere il soluto. Dopo che la molecola polare si è dissolta, mescolare la soluzione di etanolo in un solvente organico non polare, come xilene o benzene.
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