Wie interagieren polare und unpolare Moleküle miteinander?

In kovalenten Substanzen finden sich sowohl polare als auch unpolare Moleküle. Einige kovalente Moleküle können polarisiert werden, andere nicht. Polare Moleküle und unpolare Moleküle interagieren auf unterschiedliche Weise miteinander. Polare Moleküle interagieren durch Kräfte wie Dipol-Dipol-Wechselwirkungen miteinander, während unpolare Moleküle durch London-Dispersionskräfte miteinander interagieren. Schauen wir uns an, wie sich diese Moleküle in der Natur unterscheiden und wie sie miteinander interagieren.

Dieser Artikel erklärt,

1. Was sind polare Moleküle??
       - Definition, Eigenschaften und Beispiele
2. Was sind unpolare Moleküle??
       - Definition, Eigenschaften und Beispiele
3. Wie interagieren polare und unpolare Moleküle miteinander??

Was sind polare Moleküle?

Polare Moleküle sind das Ergebnis asymmetrisch dispergierter Elektronen in einem Molekül. Eine kovalente Bindung wird gebildet, indem zwei Elektronen zwischen zwei Atomen geteilt werden. Diese Atome können vom gleichen Element oder von zwei verschiedenen Elementen sein. Wenn zwei verschiedene Elemente beteiligt sind, können sie ähnliche Elektronegativitäten (die Fähigkeit, Elektronen anziehen) oder unterschiedliche Elektronegativitäten aufweisen. Wenn der Elektronegativitätsunterschied zwischen zwei Atomen 0,4 beträgt<, there is a great tendency for the more electronegative atom to pull the shared pair of electrons towards itself. Hence, there will be a slight negative charge (δ-) induced upon it, leaving the other atom slightly positive (δ+). This process is called Polarisation.

Abbildung 1: Permanenter Dipol des Wassermoleküls

Wassermoleküle sind ein gutes Beispiel für polare Moleküle. Der Elektronegativitätsunterschied zwischen O und H beträgt 1,5; Das Elektronenpaar wird also stärker zum Sauerstoffatom hin angezogen, das elektronegativer ist. Daher wird gesagt, dass das Wassermolekül polarisiert ist.

Einige andere Beispiele für polare Moleküle sind Ammoniak (NH)₃), Schwefelwasserstoff (H₂S) und Schwefeldioxid (SO₂).

Was sind unpolare Moleküle?

Unpolare Moleküle haben symmetrisch verteilte Elektronen; daher gibt es keine Ladungstrennung. Grundsätzlich geschieht dies, wenn zwei Atome ähnlicher Elektronegativität eine kovalente Bindung eingehen. Daher ist das Elektronenpaar, das sie gemeinsam nutzen, fast keinem der beteiligten Atome ausgesetzt. In solchen Molekülen ist keine Ladungstrennung zu sehen. Selbst wenn es zu einer Ladungstrennung kommt, hebt die Form einiger Moleküle die Ladungen auf. CO₂ ist ein typisches Beispiel.

Abbildung 2: Lewis-Struktur von Kohlendioxid

Obwohl zwischen den C- und O-Atomen eine ausreichende Elektronegativitätsdifferenz besteht, um sich für eine polare Bindung zu qualifizieren, werden die Ladungen aufgrund der linearen Form des Moleküls aufgehoben, was zu einem Nettodipol von Null führt. Daher wird das Kohlendioxidmolekül als unpolares Molekül betrachtet.

Beispiele für nichtpolare Verbindungen sind hauptsächlich zweiatomige Gasmoleküle wie N₂, Cl₂ und O₂. Kohlenwasserstoffflüssigkeiten sind meistens auch unpolar. Toluol, Benzin, Pentan und Hexan sind einige Beispiele.

Wie interagieren polare und unpolare Moleküle miteinander?

Die zwei Arten von Molekülen interagieren unterschiedlich miteinander.

Wie interagieren polare Moleküle miteinander?

Abbildung 3: Dipol-Dipol-Wechselwirkung zwischen zwei HCl-Molekülen

Polare Moleküle interagieren durch Kräfte wie Dipol-Dipol-Wechselwirkungen miteinander. Zuvor wurde diskutiert, dass polare Moleküle aufgrund asymmetrischer Elektronendispersion eine ungleichmäßige Ladungsverteilung aufweisen. Daher wird das leicht positive Ende eines polaren Moleküls zum leicht negativen Ende eines anderen Moleküls hingezogen. Die obige Abbildung (3) zeigt die Interaktion klar.

Das leicht positive H-Atom eines Moleküls wird zum leicht negativen Cl-Atom des zweiten Moleküls hingezogen. Die Anziehungskraft zwischen den beiden Molekülen ist als Dipol-Dipol-Wechselwirkung bekannt.

Es gibt eine spezielle Art der Dipol-Dipol-Wechselwirkung, die als Wechselwirkung bezeichnet wird Wasserstoffbrückenbindung. Bei dieser Wechselwirkung handelt es sich um einen Wasserstoffdonor, bei dem es sich um ein hochelektronegatives Atom eines Moleküls handelt, das seinen Wasserstoff zur Bildung einer Bindung mit einem anderen hochelektronegativen Atom mit einem freien Elektronenpaar eines anderen Moleküls abgibt. Letzteres wird als Wasserstoffakzeptor bezeichnet. Die folgende Abbildung (4) veranschaulicht die Wasserstoffbrückenbindung in Wasser.

Abbildung 4: Wasserstoffbrücken in Wasser

Das mit B markierte Sauerstoffatom nimmt Wasserstoff aus dem Sauerstoffatom A auf und bindet zwischen den beiden Wassermolekülen. Das Sauerstoffatom A ist der Wasserstoffdonor, während das Sauerstoffatom B der Wasserstoffakzeptor ist.

Wie interagieren unpolare Moleküle miteinander?

Nichtpolare Moleküle können keine Dipol-Dipol-Wechselwirkungen bilden. Stattdessen interagieren sie miteinander, indem sie London-Dispersionskräfte bilden.

Elektronen eines Moleküls bewegen sich zufällig. Wenn die Elektronen in Richtung eines Endes des unpolaren Moleküls gesammelt werden, wird an diesem bestimmten Ende eine leichte negative Ladung induziert. Es macht das andere Ende des Moleküls leicht positiv. Dies führt zu einer temporären Ladungstrennung am Molekül. Wenn ein anderes unpolares Molekül in die Nachbarschaft kommt, kann das erstere Molekül auch einen Dipol auf letzterem induzieren. Dies geschieht aufgrund der Abstoßung gleicher Ladungen.

Die Elektronendichte des negativen Endes des Moleküls A stößt die Elektronen des benachbarten Endes des Moleküls B ab und induziert an diesem Ende eine positive Ladung. Dann bildet sich an beiden Enden eine schwache Verbindung.

Wechselwirkung zwischen polaren und unpolaren Molekülen

London-Dispersionen gelten als viel schwächer als Dipol-Dipol-Kräfte polarer Moleküle. Daher ist die Tendenz für polare Moleküle, mit unpolaren Molekülen zu interagieren, minimal. Denn die Energie, die durch die Bildung von Dispersionskräften zwischen polaren und unpolaren Molekülen freigesetzt wird, reicht nicht aus, um starke Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen polaren Molekülen aufzubrechen. Daher können unpolare gelöste Stoffe nicht in polaren Lösungsmitteln gelöst werden.

Referenz: 

Kurtus, Ron. "Polare und nichtpolare Moleküle." Chemie verstehen: Schule für Champions. N.p., n. D. Netz. 07 Feb. 2017. „Warum lösen sich polare und unpolare Verbindungen nicht auf?“ Chemie-Stack-Austausch. N.p., n. D. Netz. 07. Februar 2017.

Bildhöflichkeit:

„Dipoli acqua“ Von Riccardo Rovinetti - Eigenes Werk (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia

„Kohlendioxid-Oktett-Punkt-Kreuz-Farbcodierung-2D“ von Ben Mills - Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia

"Dipol-Dipol-Interaktion in HCl-2D" Von Benjah-bmm27 - Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia

"Wasserstoffbrücken-in-Wasser-2D" (Public Domain) über Commons Wikimedia