Molekulska polarnost
Molekulska polarnost ne proizlazi samo iz činjenice da molekula sadrži polarne veze. Svaka veza pridonosi vektorom dipolnog momenta, a geometrija određuje poništavaju li se ti vektori ili ostaje nenulti moment cijele molekule. Zato CO₂ i H₂O daju različit rezultat iako oba sadrže polarne veze s kisikom.
Od elektronegativnosti do dipola veze
Razlika elektronegativnosti pomiče elektronsku gustoću prema elektronegativnijem atomu. Nastaju parcijalni naboji δ+ i δ− te dipol veze. To nije potpuni prijenos elektrona kao u idealnom ionskom modelu.
Veličina dipola ovisi o razdvajanju naboja i udaljenosti između središta naboja. Smjer dipola veze sam još ne određuje polarnost cijele molekule.
Geometrija pretvara veze u vektorski zbroj
Dipolni moment molekule vektorski je zbroj doprinosa veza i elektronske raspodjele. U linearnom CO₂ dva jednaka C=O dipola su suprotna i poništavaju se. U savijenom H₂O nisu na istom pravcu, pa ostaje rezultantni moment.
Isto poništavanje pojavljuje se u simetričnim BF₃, CH₄, PF₅ i SF₆. Simetrija je zato jednako važna kao polarnost pojedine veze.
Odabir geometrije i polarnosti
Slobodni parovi često narušavaju simetriju
Slobodni elektronski parovi mijenjaju geometriju elektronskih domena i često uklanjaju uvjete za poništavanje dipola. NH₃ je trigonalno piramidalan, a SO₂ savijen, pa oba imaju nenulti dipol.
Ipak ne vrijedi pravilo „slobodni par = polarna molekula“. XeF₄ ima dva slobodna para, ali kvadratno-planarna geometrija omogućuje da se četiri Xe–F dipola ponište u parovima.
Polarnost veze i moment molekule dva su pitanja
Veza može biti jako polarna u molekuli s nultim ukupnim momentom. Obrnuto, više slabijih dipola može dati mjerljiv moment ako geometrija podržava njihovo zbrajanje.
Pouzdan postupak je: nacrtati ispravnu strukturu, odrediti geometriju, označiti smjerove dipola veza i tek zatim napraviti kvalitativni vektorski zbroj.
Međumolekulske posljedice
Polarne molekule mogu međudjelovati dipol–dipolnim silama. Ako je vodik vezan na N, O ili F, može nastati jaka usmjerena vodikova veza. To utječe na topljivost, vrelište i strukturu kondenziranih faza.
Veća polarnost ipak ne znači automatski više vrelište. Kod velikih molekula disperzijske sile mogu biti vrlo važne, kao i oblik te mogućnost stvaranja mreže interakcija.
Dipolni moment je mjerljiva veličina
Dipolni momenti često se navode u debyjima (D). Mjerenje provjerava stvarnu raspodjelu naboja; jednostavne strelice polarnosti kvalitativni su model, a ne potpuni kvantni izračun.
Nulti dipolni moment ne znači nultu polarizabilnost ni odsutnost interakcija. Znači samo da se prvi moment ukupne raspodjele naboja u zadanoj geometriji poništava.
Riješeni primjeri
1. CO₂ i H₂O
Rješenje
CO₂ je linearan pa se dva C=O dipola poništavaju. H₂O je savijen pa O–H dipoli daju rezultantni moment.
2. BF₃
Rješenje
Tri polarne B–F veze nalaze se u trigonalno-planarnoj simetriji. Njihov vektorski zbroj je nula.
3. XeF₄
Rješenje
Dva slobodna para sama ne određuju polarnost. U kvadratno-planarnoj geometriji Xe–F dipoli se poništavaju.