Molekulska polarnost
Molekulska polarnost ne izhaja samo iz dejstva, da molekula vsebuje polarne vezi. Vsaka vez prispeva vektor dipolnega momenta, geometrija pa določa, ali se ti vektorji izničijo ali ostane neničelni moment celotne molekule. Zato CO₂ in H₂O dasta različen rezultat, čeprav oba vsebujeta polarne vezi s kisikom.
Od elektronegativnosti do veznega dipola
Razlika v elektronegativnosti premakne elektronsko gostoto proti bolj elektronegativnemu atomu. Nastaneta parcialna naboja δ+ in δ− ter vezni dipol. To ni popoln prenos elektrona kot v idealnem ionskem modelu.
Velikost dipola je odvisna od ločitve naboja in razdalje med središčema naboja. Smer veznega dipola sam še ne določi polarnosti celotne molekule.
Geometrija spremeni vezi v vektorsko vsoto
Dipolni moment molekule je vektorska vsota veznih in elektronskih prispevkov. V linearnem CO₂ sta enakovredna C=O dipola nasprotna in se izničita. V ukrivljenem H₂O nista na isti premici, zato ostane rezultantni moment.
Enako izničenje nastopi pri simetričnih BF₃, CH₄, PF₅ in SF₆. Simetrija je zato enako pomembna kot polarnost posamezne vezi.
Izbirnik geometrije in polarnosti
Nevezni pari pogosto porušijo simetrijo
Nevezni elektronski pari spreminjajo geometrijo elektronskih domen in pogosto odpravijo pogoje za izničenje dipolov. NH₃ je trigonalno piramidalen, SO₂ pa ukrivljen, zato imata oba neničelni dipol.
Vendar ne velja pravilo »nevezni par = polarna molekula«. XeF₄ ima dva nevezna para, a kvadratno planarna geometrija omogoči, da se štirje Xe–F dipoli izničijo po parih.
Polarnost vezi in moment molekule sta različni vprašanji
Vez je lahko močno polarna v molekuli z ničelnim skupnim momentom. Nasprotno lahko več šibkejših dipolov da merljiv moment, če geometrija podpira njihovo seštevanje.
Zanesljiv postopek je: nariši pravilno strukturo, določi geometrijo, označi smeri veznih dipolov in šele nato izvedi kvalitativno vektorsko vsoto.
Medmolekulske posledice
Polarne molekule lahko sodelujejo z dipol–dipolnimi silami. Če je vodik vezan na N, O ali F, se lahko pojavi močna usmerjena vodikova vez. To vpliva na topnost, vrelišče in organizacijo kondenziranih faz.
Večja polarnost pa samodejno ne pomeni višjega vrelišča. Pri velikih molekulah so lahko zelo pomembne disperzijske sile, prav tako oblika in možnost tvorjenja mreže interakcij.
Dipolni moment je merljiva količina
Dipolne momente pogosto podajamo v debyih (D). Meritev preverja dejansko porazdelitev naboja; preproste puščice polarnosti so kvalitativni model in ne popoln kvantni izračun.
Ničelni dipolni moment ne pomeni ničelne polarizabilnosti ali odsotnosti interakcij. Pomeni le, da se prvi moment celotne porazdelitve naboja v dani geometriji izniči.
Rešeni primeri
1. CO₂ in H₂O
Rešitev
CO₂ je linearen, zato se dva C=O dipola izničita. H₂O je ukrivljen, zato O–H dipola dasta rezultantni moment.
2. BF₃
Rešitev
Tri polarne vezi B–F so v trigonalno planarni simetriji. Njihova vektorska vsota je nič.
3. XeF₄
Rešitev
Dva nevezna para sama ne določata polarnosti. V kvadratno planarni geometriji se Xe–F dipoli izničijo.