В момента дипол е химично свойство, което показва колко е хетерогенно електрически заряди са разпределени в една молекула. Тя се изразява в единици Debye, 3,33 · 10 -30 C · m, и като цяло стойностите й варират от 0 до 11 D.
Силно полярните съединения са склонни да имат големи диполни моменти; докато аполарните, малки диполни моменти. Колкото по-поляризирани са електрическите заряди в една молекула, толкова по-голям е нейният диполен момент; тоест, трябва да има област, богата на електрони, δ-, и друга бедна на електрони, δ +.
Двуцветният ластик служи като аналогия на два полюса, положителен и отрицателен, на молекула с подчертан диполен момент. Източник: Pexels
Диполният момент, μ, е векторно количество, така че се влияе от ъглите на връзките и като цяло от молекулната структура.
Когато молекулата е линейна, тя може да се сравни с двуцветен ластик. Неговият отрицателен край δ-, би съответствал на червения цвят; докато положителното, δ +, ще бъде синьо. С увеличаването на величините на отрицателните заряди на δ -полюса и разстоянието, което го разделя от δ +, диполният момент нараства.
Химически по-горе означава, че колкото по-голяма е разликата в електроотрицателността между два атома и колкото по-голямо е разстоянието, което ги разделя, толкова по-голям е диполният момент между тях.
Как се изчислява диполният момент?
Счита се за ковалентна връзка между два атома, А и В:
AB
Разстоянието между положителните и отрицателните частични заряди вече се определя от дължината на тяхната връзка:
A δ + -B δ-
Тъй като протоните и електроните имат еднаква величина на електрически заряд, но с противоположни знаци, 1.6 · 10 -19 ° С, това се взема предвид при оценката на диполния момент между А и В, използвайки следното уравнение:
μ = δd
Където μ е диполният момент, δ е зарядът на електрона без отрицателния знак, а d е дължината на връзката, изразена в метри. Например, ако приемем, че d има стойност 2 Å (1 · 10 -10 m) диполният момент, μA-B ще бъде:
μA-B = (1.6 10 -19 С) (2 10 -10 m)
= 3,2 10 -29 С m
Но тъй като тази стойност е много малка, Debye единицата се използва:
μ = (3,2 · 10 -29 C · m) · (1 D / 3,33 · 10 -30 C · m)
= 9,60 D
Тази стойност на μA-B може да даде предположението, че връзката AB е повече йонна, отколкото ковалентна.
Примери
вода
Диполен момент на водна молекула. Източник: Габриел Боливар.
За да се изчисли диполният момент на молекула, всички диполни моменти на съответните им връзки трябва да се добавят векториално, като се имат предвид ъгли на връзката и малко тригонометрия. Това в началото.
Водата има един от най-големите диполни моменти, който може да се очаква за ковалентно съединение. В горното изображение имаме, че водородните атоми имат положителни частични заряди, δ +, докато кислородът носи отрицателния частичен заряд, δ-. Връзката ОН е доста полярен (1.5D), и има две от тях в Н на 2 О молекула.
Обикновено се изготвя вектор, който е насочен от най-малко електроотрицателния атом (Н) към най-електроотрицателния (О). Въпреки че не са изтеглени, върху кислородния атом има две двойки неразделени електрони, които "концентрират" отрицателния участък още повече.
Поради ъгловата геометрията на H 2 O, моменти дипол добавят в посока на кислородния атом. Обърнете внимание, че сумата от двата μO-H би дала 3D (1.5 + 1.5); но не е така. Диполният момент на водата има експериментална стойност 1,85D. Ефектът от близкия 105 ° ъгъл между връзките на HOH е показан тук.
Метан
Диполен момент на метанолна молекула. Източник: Габриел Боливар.
Диполният момент на метанола е 1,69D. Той е по-малък от този на водата. Следователно атомните маси нямат много влияние върху диполния момент; но атомните им радиуси са. В случая на метанол не можем да кажем, че връзката му на HO има μ, равна на 1,5D; тъй като молекулните среди са различни в CH 3 OH и H 2 O.
Ето защо дължината на НО връзката в метанол трябва да бъде измерена, за да се изчисли μO-H. Това, което може да се каже, е, че μO-H е по-голям от μC-O, тъй като разликата в електроотрицателността между въглерод и кислород е по-малка, отколкото между водород и кислород.
Метанолът е посочен като един от най-полярните разтворители, които могат да бъдат открити заедно с вода и амоняк.
амоняк
Диполен момент на амонячна молекула. Източник: Габриел Боливар.
НН връзките са доста полярни, така че азотът поради по-високата си електроотрицателност привлича електрони към себе си (горно изображение). В допълнение към това, ние имаме неразделена двойка електрони, които допринасят за отрицателните си заряди към δ-областта. Следователно върху азотния атом на амоняка преобладават електрически заряди.
Амонякът има диполен момент 1,42D, по-малък от този на метанола. Ако и амонякът, и метанолът могат да се трансформират в изтривачи, ще се види, че метанолната гума има по-дефинирани полюси в сравнение с амонячната гума.
Етанол
В случай на етанол, CH 3 CH 2 OH, неговата диполен момент е много близък до този на метанол, но има тенденция да имат по-ниски стойности. Тъй като има повече въглеродни атоми, съставляващи δ + областта, кислородният атом, представляващ δ-, започва да губи част от своята „относителна отрицателна интензивност“.
Въглероден двуокис
Диполен момент на молекула въглероден диоксид. Източник: Габриел Боливар.
Въглеродният диоксид има две полярни връзки, С = О, със съответните им диполни моменти μO-C. Както може да се види на изображението по-горе, линейната геометрия на CO 2 кара двата μO-C да се отменят един друг вектора, дори когато въглеродът има положителен частичен заряд и кислородът има отрицателни частични заряди.
Поради тази причина, въглероден диоксид е неполярен молекула, тъй μCO 2 има стойност 0D.
метан
Диполен момент за молекула на метан. Източник: Габриел Боливар.
И метанът, и въглеродният диоксид споделят нещо общо: Те са силно симетрични молекули. Като цяло, колкото по-симетрична е една молекула, толкова по-малък е нейният дипол.
Ако погледнем молекулата на СН 4, нейните СН връзки са полярни, а електроните са насочени към въглеродния атом, тъй като той е малко по-електронегативен. Човек може да си мисли, че въглеродът ще трябва да бъде силно отрицателен δ-регион; като ластик с наситено червения си център и синкави краища.
Въпреки това, чрез разделяне на CH 4 наполовина, ние бихме получили две половини HCH, едната отляво, а другата отдясно, подобна на молекулата на H 2 O. с другата половина. И затова, μCH 4 е на стойност 0D.
Препратки
- Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
- Уолтър Дж. Мур. (1963). Физическа химия. В химическата кинетика. Четвърто издание, Longmans.
- Ира Н. Левайн. (2009 г.). Принципи на физикохимията. Шесто издание, стр. 479-540. Mc Graw Hill.
- Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (29 януари 2020 г.). Определение за момент на дипол. Възстановено от: thinkco.com
- Blaber Mike. (29 септември 2019 г.). Диполни моменти. Химия LibreTexts. Възстановено от: chem.libretexts.org
- Ларита Уилямс. (2020). Диполен момент: Определение, уравнение и примери. Изследване. Възстановено от: study.com
- Wikipedia. (2020). Диполен момент за облигация. Възстановено от: en.wikipedia.org