Molekulaarne polaarsus
Molekul on polaarne siis, kui tema laengujaotusel on mittenull elektriline dipoolmoment. Vajalikud on kaks asja: üksiksidemetes peab olema laengu nihkumist ja kolmemõõtmeline geomeetria peab jätma dipoolvektorite summaks mittenull väärtuse. Seetõttu on lineaarne CO₂ tervikuna mittepolaarne, kuigi C=O sidemed on polaarsed, samal ajal kui nurkne H₂O on polaarne.
Visuaalne mudel
Interaktiivne mudel
Sideme polaarsus algab ebavõrdsest elektronitõmbest
Elektronegatiivsuse erinevus nihutab jagatud elektrontihedust. Elektronegatiivsem ots märgitakse δ− ja teine δ+. Need on osalaengud, mitte täisioonlaengud ega oksüdatsiooniastmed. Sideme dipoolmoment sõltub nii eraldunud laengust kui ka kaugusest, mistõttu Δχ üksi ei määra mõõdetud μ väärtust. Polaarne kovalentne side jääb jagatud elektronidega sidemeks.
Geomeetria otsustab, kas dipoolid tühistuvad
CO₂ kaks C=O dipooli paiknevad lineaarselt vastassuundades ja tühistuvad. H₂O O–H sidemed on ligikaudu 104,5° nurga all, seega vektorid liituvad mittenull summaks. Ka BF₃, CH₄ ja SF₆ võivad sümmeetria tõttu olla mittepolaarse kogudipooliga, kui välised aatomid on samaväärsed. Polaarsus on seega vektorsumma, mitte pelgalt polaarsete sidemete loend.
Vabad elektronpaarid ja sümmeetria
Vabad paarid muudavad elektrondomeenide paigutust ja võivad lõhkuda tühistumiseks vajaliku sümmeetria. NH₃ on trigonaalpüramiidne ja polaarne, BF₃ trigonaaltasapinnaline ja mittepolaarne. Kuid vaba paar ei tähenda automaatselt polaarsust: XeF₄-l on kaks vastastikku paiknevat vaba paari ning ruuttasapinnaline F-aatomite paigutus, nii et Xe–F dipoolid tühistuvad.
Dipoolmoment ja aine makroskoopilised omadused
Kahe punktlaengu ±q korral on μ=qr; pärismolekuli laeng on pidevalt jaotunud ja dipoolmomenti esitatakse sageli debyedes. Polaarsus mõjutab dipool–dipool jõude, elektriväljas orienteerumist, dielektrilisi omadusi ning sageli lahustuvust ja keemistemperatuuri. Samal ajal võivad dispersioonijõud, molekuli suurus ja vesiniksidemed olla sama olulised, mistõttu lihtne reegel „polaarne = kõrge keemistemperatuur” ei ole universaalne.
Null kogudipool ei tähenda ühtlast elektrontihedust
CO₂-l on hapnikupoolsed piirkonnad elektronirikkamad ja süsinik elektronvaesem, kuigi summaarne dipool on sümmeetria tõttu null. Elektrostaatilise potentsiaali kaardid näitavad selliseid lokaalseid erinevusi ja aitavad seletada molekulide suunatud vastastikmõjusid. Painduvates molekulides võib konformatsioon muuta sidemedipoolide suundi, nii et mõõdetud dipoolmoment võib olla paljude konformatsioonide keskmine.
Harjutused
BF₃
Kõik B–F sidemed on polaarsed. Miks on BF₃ molekul mittepolaarne?
Lahendus: Kolm võrdset dipoolvektorit paiknevad trigonaaltasapinnaliselt 120° vahedega ja nende summa on null.
NH₃ ja BF₃
Kumb on polaarne ja milline geomeetriline erinevus loeb?
Lahendus: NH₃ on polaarne trigonaalpüramiidse kuju tõttu; BF₃ trigonaaltasapinnaline sümmeetria tühistab dipoolid.
XeF₄
Kas XeF₄ vabad elektronpaarid teevad molekuli polaarseks?
Lahendus: Ei. Kaks vaba paari on vastastikku ja neli Xe–F sidet moodustavad sümmeetrilise ruuttasapinna, mistõttu kogudipool on null.