Dipólového momentu je chemická vlastnosť, ktorá ukazuje, ako heterogénne elektrického náboja sú distribuované v molekule. Vyjadruje sa v Debyeových jednotkách, 3,33 · 10 - 30 ° C, a jeho hodnoty sa vo všeobecnosti pohybujú od 0 do 11 D.
Vysoko polárne zlúčeniny majú tendenciu mať veľké dipólové momenty; zatiaľ čo nepolárne, malé dipólové momenty. Čím viac sú polarizované elektrické náboje v molekule, tým väčší je jej dipólový moment; to znamená, že musí existovať oblasť bohatá na elektróny, δ- a ďalšia oblasť chudobná na elektróny, δ +.
Dvojfarebná guma slúži ako analógia dvoch pólov, pozitívnych a negatívnych, molekuly so značným dipólovým momentom. Zdroj: Pexels.
Dipólový moment, μ, je veličinou vektora, takže je ovplyvňovaný uhlami väzieb a všeobecne molekulovou štruktúrou.
Ak je molekula lineárna, dá sa porovnať s dvojfarebným gumou. Jeho negatívny koniec δ- by zodpovedal červenej farbe; zatiaľ čo pozitívny, 5 +, by bol modrý. S narastajúcou veľkosťou záporných nábojov na ôp póle a so vzdialenosťou, ktorá ho oddeľuje od ô +, sa zvyšuje dipólový moment.
Chemicky vyššie uvedené znamená, že čím väčší je rozdiel v elektronegativite medzi dvoma atómami a čím väčšia je vzdialenosť, ktorá ich oddeľuje, tým väčší je dipólový moment medzi nimi.
Ako sa vypočíta dipólový moment?
Považuje sa za kovalentnú väzbu medzi dvoma atómami, A a B:
AB
Vzdialenosť medzi kladným a záporným čiastočným nábojom je už definovaná dĺžkou ich väzby:
A ô + -B ô-
Pretože protóny a elektróny majú rovnakú veľkosť elektrického náboja, ale s opačnými znamienkami, 1,6 - 10 - 19 ° C, toto sa berie do úvahy pri hodnotení dipólového momentu medzi A a B pomocou nasledujúcej rovnice:
μ = 5d
Ak μ je dipólový moment, δ je náboj elektrónu bez záporného znamienka a d je dĺžka väzby vyjadrená v metroch. Napríklad, za predpokladu, že d má hodnotu 2 a (1 x 10 -10 m) dipólu, bude uA-B je:
μA-B = (1,6 - 10 - 19 ° C) (2 10 - 10 m)
= 3,2 - 10 - 29 ° C
Ale pretože táto hodnota je veľmi nízka, používa sa jednotka Debye:
μ = (3,2 - 10 - 29 ° C) m (1 D / 3,33,10 - 30 ° C · m)
= 9,60 D
Táto hodnota μA-B by mohla predpokladať, že väzba AB je viac iónová ako kovalentná.
Príklady
voda
Dipólový moment molekuly vody. Zdroj: Gabriel Bolívar.
Na výpočet dipólového momentu molekuly sa musia všetky dipólové momenty ich príslušných väzieb pridať vektorovo, berúc do úvahy väzobné uhly a trochu trigonometrie. To je na začiatku.
Voda má jeden z najväčších dipólových momentov, ktoré by sa dali očakávať pri kovalentnej zlúčenine. Na hornom obrázku vidíme, že atómy vodíka majú kladné parciálne náboje, 5 +, zatiaľ čo kyslík nesie záporné parciálne náboje, 8-. OH väzba je pomerne polárna (1,5 D), a tam sú dve z nich v H 2 O molekuly .
Zvyčajne sa nakreslí vektor, ktorý je nasmerovaný z najmenej elektregatívneho atómu (H) k elektronegatívnemu atómu (O). Aj keď nie sú nakreslené, na atóme kyslíka sú dva páry nesvietených elektrónov, ktoré ešte viac koncentrujú negatívnu oblasť.
Vzhľadom k uhlové geometriu H 2 O, dipólové momenty ňu v smere k atómu kyslíka. Všimnite si, že súčet dvoch μO-H poskytne 3D (1,5 + 1,5); ale nie je to tak. Dipólový moment vody má experimentálnu hodnotu 1,85D. Tu je znázornený účinok uhla takmer 105 ° medzi väzbami HOH.
metanol
Dipólový moment molekuly metanolu. Zdroj: Gabriel Bolívar.
Dipólový moment metanolu je 1,69D. Je to menej ako voda. Preto atómové hmoty nemajú veľký vplyv na dvojpólový moment; ale ich atómové polomery sú. V prípade metanolu nemôžeme povedať, že jeho väzba HO má μ rovnú 1,5 D; keďže molekulárnej prostredie sa líšia v CH 3, OH a H 2 O.
Preto by sa na výpočet μO-H musela zmerať dĺžka väzby HO v metanole. Dá sa povedať, že μO-H je väčší ako μC-O, pretože rozdiel v elektronovej aktivite medzi uhlíkom a kyslíkom je menší ako medzi vodíkom a kyslíkom.
Metanol je uvedený ako jedno z najpolárnejších rozpúšťadiel, ktoré sa nachádzajú spolu s vodou a amoniakom.
amoniak
Dipólový moment molekuly amoniaku. Zdroj: Gabriel Bolívar.
HN väzby sú celkom polárne, takže dusík vďaka svojej vyššej elektronegativite priťahuje elektróny smerom k sebe (horný obrázok). Okrem toho tu máme nezdieľaný pár elektrónov, ktoré prispievajú svojimi zápornými nábojmi k oblasti ô. Preto na atóme dusíka amoniaku prevažujú elektrické náboje.
Amoniak má dipólový moment 1,42D, menší ako moment metanolu. Ak by sa amoniak aj metanol mohli transformovať na gumy, bolo by zrejmé, že metanolická guma má definovanejšie póly v porovnaní s amoniakovou gumou.
etanol
V prípade etanolu, CH 3 CH 2 OH, jej dipólový moment je veľmi blízko, že sa z metanolu, ale má tendenciu mať nižšie hodnoty. Pretože existuje viac atómov uhlíka, ktoré tvoria 5 + oblasť, atóm kyslíka predstavujúci 5- začína strácať časť svojej „relatívnej negatívnej intenzity“.
Oxid uhličitý
Dipólový moment molekuly oxidu uhličitého. Zdroj: Gabriel Bolívar.
Oxid uhličitý má dve polárne väzby, C = O, s príslušnými dipólovými momentmi μO-C. Avšak, ako možno vidieť na obrázku vyššie, lineárne geometrie CO 2 spôsobí, že dva μO-C sa vzájomne rušia vectorly, aj keď uhlie má kladný parciálne náboj a kyslík mať negatívny čiastkové poplatky.
Z tohto dôvodu, oxid uhličitý je nepolárne molekuly, pretože μCO 2 má hodnotu 0D.
metán
Dipólový moment pre molekulu metánu. Zdroj: Gabriel Bolívar.
Metán aj oxid uhličitý majú niečo spoločné: sú to vysoko symetrické molekuly. Všeobecne platí, že čím symetrickejšia je molekula, tým menší je jej dipólový moment.
Ak sa pozrieme na CH 4 molekuly , jej CH väzby sú polárne, a elektróny sú zamerané na atóme uhlíka, ako je to o niečo viac elektronegativní. Človek by si mohol myslieť, že uhlík by musel byť vysoko negatívnym regiónom δ; ako guma s tmavočerveným stredom a modrými koncami.
Avšak tým, že rozdelením CH 4 na dve polovice, by sme získať dve HCH polovice, jednu na ľavej a druhý na pravej strane, podobne ako na H 2 O molekuly . To znamená, že dipólový moment vyplývajúci z pripočítania tieto dva uC-H sa zruší s druhou polovicou. A preto μCH 4 má hodnotu 0D.
Referencie
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). chémia (8. vydanie). CENGAGE Learning.
- Walter J. Moore. (1963). Fyzikálna chémia. V chemickej kinetike. Štvrté vydanie, Longmans.
- Ira N. Levine. (2009). Zásady fyzikálnochemie. Šieste vydanie, s. 479-540. Mc Graw Hill.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29. januára 2020). Definícia dipólového momentu. Získané z: thinkco.com
- Blaber Mike. (29. septembra 2019). Dipólové okamihy. Chémia LibreTexts. Obnovené z: chem.libretexts.org
- LaRita Williams. (2020). Dipólový moment: Definícia, rovnica a príklady. Štúdia. Obnovené z: study.com
- Wikipedia. (2020). Bond dipólový moment. Obnovené z: en.wikipedia.org