Molekulová polarita
Molekulová polarita neplyne pouze z toho, že molekula obsahuje polární vazby. Každá vazba přispívá vektorem dipólového momentu a geometrie rozhoduje, zda se tyto vektory vyruší, nebo zůstane nenulový moment celé molekuly. Proto CO₂ a H₂O dávají odlišný výsledek, i když obě obsahují polární vazby ke kyslíku.
Od elektronegativity k vazebnému dipólu
Rozdíl elektronegativity posouvá elektronovou hustotu k elektronegativnějšímu atomu. Vznikají parciální náboje δ+ a δ− a vazebný dipól. Nejde o úplný přenos elektronu jako v ideálním iontovém modelu.
Velikost dipólu závisí na oddělení náboje i vzdálenosti mezi jeho středy. Směr vazebného dipólu ještě sám neurčuje polaritu celé molekuly.
Geometrie převádí vazby na vektorový součet
Dipólový moment molekuly je vektorovým součtem vazebných a elektronových příspěvků. V lineárním CO₂ jsou dva ekvivalentní C=O dipóly opačné a vyruší se. V ohnutém H₂O nejsou v jedné přímce, proto zůstává výsledný moment.
Stejné rušení nastává u symetrických BF₃, CH₄, PF₅ a SF₆. Symetrie je tedy stejně důležitá jako polarita jednotlivé vazby.
Výběr geometrie a polarity
Volné páry často poruší symetrii
Volné elektronové páry mění geometrii elektronových domén a často odstraní podmínky pro vyrušení dipólů. NH₃ je trigonálně pyramidální a SO₂ je lomená molekula, takže obě mají nenulový dipól.
Neplatí však pravidlo „volný pár = polární molekula“. XeF₄ má dva volné páry, ale čtvercově planární geometrie dovolí čtyřem Xe–F dipólům se párově vyrušit.
Polarita vazby a moment molekuly jsou dvě otázky
Vazba může být silně polární v molekule s nulovým celkovým momentem. Naopak několik slabších dipólů může dát měřitelný moment, pokud geometrie podporuje jejich sčítání.
Spolehlivý postup je nejprve nakreslit správnou strukturu, určit geometrii, vyznačit směry vazebných dipólů a teprve potom provést kvalitativní vektorový součet.
Mezimolekulové důsledky
Polární molekuly mohou interagovat dipól–dipólovými silami. Je-li vodík vázán na N, O nebo F, může vznikat silné směrové vodíkové vázání. To ovlivňuje rozpustnost, bod varu i strukturu kapalných a pevných fází.
Vyšší polarita však automaticky neznamená vyšší bod varu. U velkých molekul mohou být silné disperzní síly a důležitý je také tvar a možnost vytvářet síť interakcí.
Dipólový moment je měřitelná veličina
Dipólové momenty se často uvádějí v debye (D). Měření testuje skutečné rozložení náboje; jednoduché šipky polarity jsou kvalitativní model, nikoli úplný kvantový výpočet.
Nulový dipólový moment neznamená nulovou polarizovatelnost ani absenci interakcí. Znamená jen, že první moment celkového rozložení náboje se v dané geometrii vyruší.
Řešené příklady
1. CO₂ a H₂O
Řešení
CO₂ je lineární a dva dipóly C=O se vyruší. H₂O je lomená, takže O–H dipóly dávají výsledný moment.
2. BF₃
Řešení
Tři polární vazby B–F jsou v trigonálně planární symetrii. Jejich vektorový součet je nulový.
3. XeF₄
Řešení
Dva volné páry samy polaritu neurčují. Ve čtvercově planární geometrii se Xe–F dipóly vyruší.