Wie wirkt sich die Molekülform auf die Polarität aus?

Die Polarität tritt in kovalenten Molekülen auf. Kovalente Bindungen werden gebildet, wenn zwei Atome entweder des gleichen Elements oder verschiedener Elemente Elektronen gemeinsam nutzen, so dass jedes Atom seine Edelgaselektronen-Konfiguration erreicht. Diese kovalenten Moleküle können entweder polar oder unpolar sein.

Dieser Artikel erklärt,
     1. Was ist Polarität?
     2. Wie wirkt sich die Molekülform auf die Polarität aus?
     3. Beispiele

Was ist Polarität?

Die Polarität eines Moleküls definiert seine anderen physikalischen Eigenschaften wie Schmelzpunkt, Siedepunkt, Oberflächenspannung, Dampfdruck usw. Einfach ausgedrückt tritt Polarität auf, wenn die Elektronenverteilung in einem Molekül asymmetrisch ist. Dies führt zu einem Nettodipolmoment im Molekül. Ein Ende des Moleküls ist negativ geladen, während das andere Ende eine positive Ladung erhält.

Der Hauptgrund für die Polarität eines Moleküls ist die Elektronegativität der beiden Atome, die an der kovalenten Bindung beteiligt sind. Bei der kovalenten Bindung teilen sich zwei Atome ein Elektronenpaar. Das gemeinsame Elektronenpaar gehört zu beiden Atomen. Die Anziehung der Atome gegenüber den Elektronen unterscheidet sich jedoch von Element zu Element. Zum Beispiel zeigt Sauerstoff eine größere Anziehungskraft gegenüber Elektronen als Wasserstoff. Dies wird als Elektronegativität bezeichnet.

Wenn die beiden Atome, die an der Bildung der Bindung beteiligt sind, eine elektronegative Differenz von 0,4 aufweisen<, the pair of electrons they share is pulled towards the more electronegative atom. This results in a slight negative charge on the more electronegative atom, leaving a slight positive charge on the other. In such cases, the molecule is considered to be polarized.

Abbildung 1: Fluorwasserstoffmolekül

Das hoch negative F im HF-Molekül wird leicht negativ geladen, während das H-Atom leicht positiv wird. Dies führt zu einem Nettodipolmoment in einem Molekül.

Wie wirkt sich die Molekülform auf die Polarität aus?

Die Polarisation eines Moleküls hängt stark von der Form des Moleküls ab. Ein zweiatomiges Molekül wie das oben erwähnte HF hat kein Formproblem. Das Nettodipolmoment ist nur auf die ungleichmäßige Verteilung der Elektronen zwischen den beiden Atomen zurückzuführen. Wenn jedoch mehr als zwei Atome an der Bindung beteiligt sind, gibt es viele Komplexitäten.

Betrachten wir als Beispiel das Wassermolekül, das sehr polar ist.

Abbildung 2: Wassermolekül

Das Wassermolekül hat eine gebogene Form. Wenn also das zwei von Sauerstoff mit zwei Wasserstoffatomen gemeinsam genutzte Elektronenpaar in Richtung Sauerstoff gezogen wird, ergibt sich das Nettodipolmoment in Richtung des Sauerstoffatoms. Es gibt keine andere Kraft, um das resultierende Dipolmoment aufzuheben. Daher ist das Wassermolekül stark polar.

3: Ammoniakmolekül

Das Ammoniakmolekül hat eine Pyramidenform und das elektronegative N-Atom zieht die Elektronen zu sich hin. Die drei N-H-Bindungen liegen nicht in derselben Ebene; Daher werden die erzeugten Dipolmomente nicht aufgehoben. Dies macht Ammoniak zu einem polaren Molekül.

Die Dipolmomente werden jedoch manchmal aufgrund der Form der Moleküle aufgehoben, wodurch das Molekül unpolar wird. Kohlendioxid ist ein solches Molekül.

Abbildung 4: Kohlendioxidmolekül

C- und O-Atome haben einen Elektronegativitätsunterschied von 1,11, wodurch die Elektronen stärker zum O-Atom hin vorgespannt werden. Das Kohlendioxidmolekül hat jedoch eine planare lineare Form. Alle drei Atome befinden sich auf derselben Ebene mit C in der Mitte von zwei O-Atomen. Das Dipolmoment einer C-O-Bindung hebt das andere in zwei entgegengesetzten Richtungen auf und macht das Kohlendioxidmolekül unpolar. Obwohl der Elektronegativitätsunterschied ausreichend war, spielt die Form eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Polarität des Moleküls.

Ein ähnliches Szenario ist die Polarität von Tetrachlorkohlenstoff.

Abbildung 5: Tetrachlorkohlenstoffmolekül

Der Elektronegativitätsunterschied zwischen Kohlenstoff und Chlor reicht aus, um die C-Cl-Bindung zu polarisieren. Das Elektronenpaar, das C und Cl gemeinsam haben, ist mehr in Richtung der Cl-Atome. Tetrachlorkohlenstoffmoleküle haben jedoch eine symmetrische Tetraederform, was dazu führt, dass die Nettodipolmomente der Bindungen aufgehoben werden, was zu einem Nettodipolmoment von Null führt. Daher wird das Molekül unpolar.

Bildhöflichkeit:

1. „Hydrogen-fluoride-3D-vdW“ ByBenjah-bmm27- Eigene Arbeiten als angenommen angenommen (basierend auf den Rechteinhaber-Angaben) (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. „Ammonium-2D“ Von Lukáš Mižoch - Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia
3. "Kohlendioxid" (Public Domain) über Commons Wikimedia
4. "Tetrachlorkohlenstoff-3D-Kugeln" (Public Domain) über Commons Wikimedia

Referenz:

1. "Warum ist das Tetrachlorkohlenstoffmolekül unpolar und trotzdem sind die Bindungen darin polar?" Socratic.org. N.p., n. D. Netz. 13. Februar 2017.
2. "Ist Ammoniak polar?" Reference.com. N.p., n. D. Netz. 13. Februar 2017.
3. Ophardt, Charles E. "Molekulare Polarität". Virtuelles Chembook. Elmhurst College, 2003. Web. 13. Februar 2017.