Moleculele polare și nepolare sunt cele două mari clase de molecule. Polaritatea descrie distribuția sarcinii electrice în jurul unei molecule. Sarcina este distribuită uniform într-o moleculă nepolară, dar inegal într-o moleculă polară. Cu alte cuvinte, o moleculă polară are regiuni de sarcină parțială.
Iată exemple de molecule polare și nepolare, o privire asupra modului în care polaritatea este legată de legăturile ionice și covalente și cum puteți folosi polaritatea pentru a prezice ce molecule se vor amesteca.
Molcule polare
O moleculă polară are un dipol, în care o parte din moleculă are o sarcină pozitivă parțială și o parte are o sarcină negativă parțială. O moleculă polară are o formă asimetrică, o pereche de electroni singuratici sau un atom central legat de alți atomi cu valori diferite ale electronegativității. De obicei, o moleculă polară conține legături ionice sau covalente polare. Printre exemplele de molecule polare se numără:
- Apă – H2O
- Amoniac – NH3
- Dioxid de sulf – SO2
- Sulfură de hidrogen – H2S
- Monoxid de carbon – CO
- Ozon – O3
- Acid fluorhidric – HF (și alți molecule cu un singur H)
- Etanol – C2H6O (și alți alcooli cu un OH la un capăt)
- Sucoză – C12H22O11 (și alte zaharuri cu grupe OH)
Molculele polare sunt adesea hidrofile și solubile în solvenți polari. Moleculele polare au adesea puncte de topire mai ridicate decât moleculele nepolare cu mase molare similare. Acest lucru se datorează forțelor intermoleculare dintre moleculele polare, cum ar fi legătura de hidrogen.
Molcule nepolare
Molculele nepolare se formează fie atunci când electronii sunt împărțiți în mod egal între atomii unei molecule, fie atunci când aranjamentul electronilor într-o moleculă este simetric, astfel încât sarcinile dipolare se anulează reciproc. Printre exemplele de molecule nepolare se numără:
- Care dintre gazele nobile: He, Ne, Ar, Kr, Xe (Deși, din punct de vedere tehnic, aceștia sunt atomi și nu molecule.)
- Careva dintre elementele diatomice homonucleare: H2, N2, O2, O2, Cl2 (Acestea sunt molecule cu adevărat nepolare.)
- Dioxid de carbon – CO2
- Trifluorură de bor – BF3
- Benzen – C6H6
- Tetraclorură de carbon – CCl4
- Metan – CH4
- Etilenă – C2H4
- Lichide hidrocarbonate, cum ar fi benzina și toluenul
- Majoritatea moleculelor organice, cu excepții (cum ar fi alcoolii și zaharurile)
Moleculele nepolare au unele proprietăți comune. Ele tind să fie insolubile în apă la temperatura camerei, hidrofobe și capabile să dizolve alți compuși nepolari.
Molecule nepolare cu legături polare
Polaritatea depinde de valorile relative ale electronegativității între doi atomi care formează o legătură chimică. Doi atomi cu aceleași valori ale electronegativității formează o legătură covalentă. Electronii sunt împărțiți în mod egal între atomii unei legături covalente, astfel încât legătura este nepolară. Atomii cu valori de electronegativitate ușor diferite formează legături covalente polare. Atunci când valorile electronegativității între atomi sunt foarte diferite, se formează legături ionice. Legăturile ionice sunt foarte polare.
De multe ori, polaritatea legăturilor este aceeași cu polaritatea moleculei. Cu toate acestea, există molecule nepolare cu legături polare și molecule polare cu legături nepolare! De exemplu, trifluorura de bor este o moleculă nepolară care conține legături covalente polare. BF3 este o moleculă plană trigonală care distribuie uniform sarcina electrică în jurul moleculei, chiar dacă legătura dintre atomii de bor și fluor este polară. Ozonul este un exemplu de moleculă polară alcătuită din legături covalente nepolare. Legăturile chimice dintre moleculele de oxigen din O3 sunt pur covalente, deoarece atomii au valori identice ale electronegativității. Cu toate acestea, molecula de ozon are o formă curbată (ca apa) și electronii săi nu petrec timp egal cu toți cei trei atomi. Atomul din mijloc are o sarcină electrică parțial pozitivă, în timp ce cei doi atomi din exterior poartă fiecare o sarcină parțial negativă.
Polaritate și miscibilitate
Puteți folosi polaritatea pentru a prezice dacă doi compuși sunt sau nu miscibili (se vor amesteca pentru a forma o soluție). Regula de bază este că „asemănător se dizolvă asemănător”. Ceea ce înseamnă că solvenții polari dizolvă soluții polari, în timp ce solvenții nepolari dizolvă soluții nepolari. Acest lucru explică de ce alcoolul și apa sunt complet miscibile (ambele polare) și de ce uleiul și apa nu se amestecă (nepolare cu polare).
Un compus cu o polaritate intermediară între o moleculă și alta poate acționa ca un intermediar pentru a dizolva o substanță chimică într-un solvent atunci când aceasta este în mod normal insolubilă. De exemplu, pentru a amesteca un compus ionic sau polar într-un solvent organic nepolar, îl puteți dizolva mai întâi în etanol. Etanolul este doar puțin polar, dar adesea este suficient pentru a dizolva solutul. După ce molecula polară s-a dizolvat, amestecați soluția de etanol într-un solvent organic nepolar, cum ar fi xilena sau benzenul.
- Ingold, C. K.; Ingold, E. H. (1926). „The Nature of the Alternating Effect in Carbon Chains” (Natura efectului alternativ în lanțurile de carbon). 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). „Stark and Zeeman properties of ozone from molecular beam spectroscopy”. Journal of Chemical Physics. 66 (12): 5278-5283. doi:10.1063/1.433909
- Pauling, L. (1960). The Nature of the Chemical Bond (The Nature of the Chemical Bond) (ed. a 3-a). Oxford University Press. ISBN 0801403332.
- Ziaei-Moayyed, Maryam; Goodman, Edward; Williams, Peter (1 noiembrie 2000). „Electrical Deflection of Polar Liquid Streams: A Misunderstood Demonstration”. Journal of Chemical Education. 77 (11): 1520. doi:10.1021/ed077p1520
.