Μοριακή πολικότητα
Ένα μόριο είναι πολικό όταν η κατανομή φορτίου του έχει μη μηδενική ηλεκτρική διπολική ροπή. Δεν αρκεί να υπάρχουν πολικοί δεσμοί: οι διπολικές ροπές είναι διανύσματα και η τρισδιάστατη γεωμετρία αποφασίζει αν αλληλοαναιρούνται ή αφήνουν καθαρό άθροισμα. Έτσι το CO₂ είναι μη πολικό παρά τους πολικούς δεσμούς C=O, ενώ το καμπυλωμένο H₂O είναι πολικό.
Οπτικό μοντέλο
Διαδραστικό μοντέλο
Η πολικότητα δεσμού ξεκινά από άνιση έλξη
Διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μετατοπίζει την κοινή ηλεκτρονική πυκνότητα. Το πιο ηλεκτραρνητικό άκρο σημειώνεται δ− και το άλλο δ+. Αυτά είναι μερικά φορτία, όχι πλήρη ιοντικά φορτία ούτε αριθμοί οξείδωσης. Η διπολική ροπή ενός δεσμού εξαρτάται από το διαχωριζόμενο φορτίο και την απόσταση, γι’ αυτό η Δχ από μόνη της δεν καθορίζει την πειραματική τιμή μ.
Η γεωμετρία είναι διανυσματικός έλεγχος
Στο γραμμικό CO₂ οι δύο ισοδύναμες ροπές C=O είναι αντίθετες και αλληλοαναιρούνται. Στο H₂O η γωνία H–O–H είναι περίπου 104,5°, οπότε οι δύο ροπές δεν είναι αντίθετες και δίνουν καθαρό δίπολο. Παρόμοια συμμετρία ακυρώνει τα δίπολα σε BF₃, CH₄ και SF₆ όταν οι εξωτερικές ομάδες είναι ισοδύναμες.
Μονήρη ζεύγη και συμμετρία
Τα μονήρη ζεύγη αλλάζουν τη γεωμετρία των ηλεκτρονιακών περιοχών και συχνά καταστρέφουν τη συμμετρία που απαιτείται για ακύρωση. Το NH₃ είναι τριγωνική πυραμίδα και πολικό, ενώ το BF₃ είναι τριγωνικό επίπεδο και μη πολικό. Ωστόσο μονήρη ζεύγη δεν εγγυώνται πολικότητα: το XeF₄ έχει δύο αντίθετα μονήρη ζεύγη και τετραγωνικό επίπεδο σχήμα, οπότε τα δίπολα Xe–F ακυρώνονται.
Από τη διπολική ροπή στις ιδιότητες υλικών
Για δύο σημειακά φορτία ±q σε απόσταση r, μ=qr. Στα πραγματικά μόρια η κατανομή φορτίου είναι συνεχής και η μ μετριέται συνήθως σε debye. Η πολικότητα επηρεάζει αλληλεπιδράσεις διπόλου–διπόλου, προσανατολισμό σε ηλεκτρικό πεδίο και συχνά διαλυτότητα ή σημείο ζέσεως, αλλά δυνάμεις διασποράς, μέγεθος και δεσμοί υδρογόνου μπορούν να είναι εξίσου σημαντικοί.
Το «μη πολικό» δεν σημαίνει ομοιόμορφο φορτίο
Μόριο με συνολικό μ=0 μπορεί να έχει έντονα τοπικά φορτισμένες περιοχές και μεγάλη πολωσιμότητα. Στο CO₂ τα άκρα O είναι πλουσιότερα σε ηλεκτρονική πυκνότητα και το C φτωχότερο, παρότι το συνολικό δίπολο μηδενίζεται. Χάρτες ηλεκτροστατικού δυναμικού αποκαλύπτουν αυτή τη χωρική λεπτομέρεια και εξηγούν γιατί ένα μη πολικό μόριο μπορεί ακόμη να έχει σημαντικές τοπικές ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις.
Ασκήσεις
BF₃
Κάθε δεσμός B–F είναι πολικός. Γιατί το BF₃ είναι μη πολικό;
Λύση: Η τριγωνική επίπεδη συμμετρία τοποθετεί τρία ίσα διανύσματα σε 120°, οπότε το διανυσματικό τους άθροισμα είναι μηδέν.
NH₃ και BF₃
Ποιο από τα δύο είναι πολικό και ποια γεωμετρική διαφορά είναι κρίσιμη;
Λύση: Το NH₃ είναι πολικό επειδή είναι τριγωνική πυραμίδα. Το BF₃ είναι τριγωνικό επίπεδο και τα τρία ισοδύναμα δίπολα ακυρώνονται.
XeF₄
Κάνουν τα δύο μονήρη ζεύγη του XeF₄ το μόριο πολικό;
Λύση: Όχι. Βρίσκονται απέναντι και τα τέσσερα Xe–F σχηματίζουν συμμετρικό τετραγωνικό επίπεδο, οπότε το καθαρό δίπολο είναι μηδέν.