Mini-kurzus
Molekulapolaritás
Egy molekula akkor poláris, ha a pozitív és negatív töltés eloszlásának középpontja nem esik egybe, vagyis nem nulla az eredő elektromos dipólusmomentuma. A kötési polaritás szükséges információ, de a molekula térbeli geometriája dönti el, hogy a dipólusok összeadódnak-e vagy kioltják egymást.
Kötési dipólus
Eltérő elektronegativitású atomok között a kötő elektronsűrűség egyenlőtlenül oszlik meg. H–Cl esetén Cl felé tolódik, ezért H δ⁺, Cl δ⁻ részleges töltést kap. A kötési dipólus vektor, amelynek iránya és nagysága van; több kötés esetén ezeket vektoriálisan kell összegezni.
CO₂: poláris kötések, apoláris molekula
A CO₂ lineáris, O=C=O szerkezetű. A két C=O kötés azonos nagyságú dipólusa pontosan ellentétes irányba mutat, így az eredő nulla. Ez az egyik legfontosabb ellenpélda arra a hibás szabályra, hogy „ha van poláris kötés, a molekula biztosan poláris”.
H₂O: a geometria megváltoztatja az eredőt
Az oxigén körüli két nemkötő elektronpár miatt a vízmolekula hajlított. A két O–H kötési dipólus ezért nem 180°-os szöget zár be, és nem oltja ki egymást. Az eredő dipólus az oxigén felé mutat, ami fontos a víz oldóképességében és intermolekuláris kölcsönhatásaiban.
Szimmetria mint gyors ellenőrzés
Ha a központi atom körül azonos ligandumok nagy szimmetriával helyezkednek el, a kötési dipólusok gyakran kioltják egymást: például BF₃ síkháromszög, CF₄ tetraéderes és SF₆ oktaéderes szerkezetben. Ha a ligandumok különböznek vagy a geometria aszimmetrikus, maradhat nettó dipólus.
Kapcsolat az intermolekuláris erőkkel
Poláris molekulák között dipólus–dipólus kölcsönhatás léphet fel, és megfelelő H–N, H–O vagy H–F környezetben hidrogénkötés is kialakulhat. Minden molekulában vannak diszperziós erők is. A polaritás ezért hatással lehet forráspontokra, oldhatóságra és arra, hogyan rendeződnek a molekulák elektromos térben.
Polaritás nem ugyanaz, mint töltés
Egy poláris molekula teljes nettó töltése lehet nulla. A dipólus a töltéseloszlás szétválását írja le, nem azt, hogy a molekula ion. Ugyanígy egy többatomos ionnak lehet nettó töltése és ezen felül nem egyenletes belső töltéseloszlása is.
Kísérleti következmény
A dipólusmomentum mérhető, ezért a geometriai következtetés kísérletileg ellenőrizhető. A polaritás ugyanakkor önmagában nem jósol meg minden oldhatóságot vagy forráspontot: molekulaméret, polarizálhatóság, hidrogénkötés és a kristályszerkezet is szerepet játszhat.
Próbáld ki
Az NH₃ három N–H kötése poláris. Miért nem oltják ki egymást teljesen?
Megoldás
Az NH₃ trigonális piramis geometriájú a nitrogén nemkötő elektronpárja miatt. A három kötési dipólus vektoriális összege ezért nem nulla.