Molekyylin polariteetti
Molekyylin polariteetti on sen kaikkien sidosten ja elektroniparien tuottamien dipolimomenttien vektorisumma. Sidos voi olla polaarinen ilman että koko molekyyli on polaarinen. Geometria on siksi yhtä tärkeä kuin elektronegatiivisuusero.
Sidosdipoli
Kun sidoksen atomit vetävät elektronitiheyttä eri voimakkuudella, syntyy osittaisvarauksia δ+ ja δ− sekä dipolimomentti. Sen suuruus riippuu sekä varauksen erottumisesta että etäisyydestä.
Vektorisumma
Dipolimomentit ovat vektoreita. Lineaarisessa CO₂:ssa kaksi samanlaista C=O-dipolia ovat vastakkaissuuntaisia ja kumoutuvat. Kulmallisessa H₂O:ssa O–H-dipolit eivät kumoudu, joten molekyyli on polaarinen.
Geometrian lähde
Molekyyligeometriaan vaikuttavat elektroniparit ja orbitalien vuorovaikutukset. VSEPR on käyttökelpoinen pääryhmän malli, mutta tarkemmassa kuvassa elektronitiheys ja molekyyliorbitaalit määräävät rakenteen.
Symmetria
Korkea symmetria voi pakottaa nettodipolin nollaksi. Tetraedrinen CCl₄ on kokonaisuutena pooliton, vaikka C–Cl-sidokset ovat polaarisia. Jos yksi substituentti vaihtuu, symmetria rikkoutuu ja nettodipoli voi syntyä.
Väliset voimat
Polaariset molekyylit voivat osallistua dipoli-dipoli-vuorovaikutuksiin. Jos mukana on sopivia O–H-, N–H- tai F–H-ryhmiä, vetysidokset voivat olla erityisen merkittäviä. Londonin dispersiovoimia on silti kaikissa molekyyleissä.
Liukoisuus
Polariteetti auttaa arvioimaan liukoisuutta: samankaltaiset vuorovaikutukset suosivat usein sekoittumista. Sääntö “samanlainen liuottaa samanlaista” on kuitenkin kvalitatiivinen, koska entalpia ja entropia yhdessä ratkaisevat sekoittumisen.
Mittaaminen
Dipolimomentteja voidaan arvioida spektroskopialla ja sähköisillä mittauksilla. Polariteetti ei siis ole vain Lewis-rakenteesta päätelty etiketti, vaan fysikaalisesti mitattava molekyyliominaisuus.
Indusoitu dipoli
Myös poolittomalla molekyylillä on hetkellisiä elektronitiheyden vaihteluita, jotka aiheuttavat Londonin dispersiovoimia. Siksi “pooliton” ei tarkoita vuorovaikutuksetonta tai liukenematonta kaikissa liuottimissa.
Polarisoituvuus
Suuri ja diffuusi elektronipilvi polarisoituu helpommin ulkoisen kentän tai naapurin vaikutuksesta. Raskaiden atomien sisältämillä molekyyleillä dispersiovoimat voivat olla erittäin merkittäviä, vaikka pysyvä dipolimomentti olisi nolla.
Konformaatio
Joustavan molekyylin eri konformaatiot voivat antaa erilaisen nettodipolin, koska sidosdipolien kulmat muuttuvat. Mitattu dipolimomentti voi olla lämpötilariippuvainen keskiarvo useista konformaatioista.
Harjoitus
Miksi CO₂ on pooliton mutta H₂O polaarinen?
Ratkaisu
CO₂ on lineaarinen ja sen kaksi sidosdipolia kumoutuvat. H₂O on kulmallinen, joten O–H-dipolien summa ei ole nolla.