- moment dipolar
- Asimetria en la molècula d'aigua
- molècules polars
- exemples
- SO
- CHCl
- HF
- NH
- Macromolècules amb heteroàtoms
- referències
La polaritat química és una propietat que es caracteritza per la presència d'una marcada distribució heterogènia de les densitats electròniques en una molècula. En la seva estructura, per tant, hi ha regions carregades negativament (δ-), i altres carregades positivament (δ +), generant un moment dipolar.
El moment dipolar (μ) d'enllaç és una forma d'expressió de la polaritat d'una molècula. Se sol representar com un vector l'origen es troba en la càrrega (+) i la seva fi està ubicat a la càrrega (-), encara que alguns químics el representen en forma inversa.
Mapa de potencial electrostàtic per a la molècula d'aigua. Font: Benjah-bmm27 via Wikipedia.
A la imatge superior es mostra el mapa de potencial electrostàtic per a l'aigua, H 2 O. La regió vermellosa (àtom d'oxigen) correspon a la de major densitat electrònica, ia més es pot veure que aquesta ressalta sobre les regions blaves (àtoms d'hidrogen).
Com la distribució d'aquesta densitat electrònica és heterogènia, es diu que hi ha un pol positiu i un altre negatiu. És per això que es parla de 'polaritat' química, i de moment dipolar.
moment dipolar
El moment dipolar μ ve definit per la següent equació:
μ = δ · d
On δ és càrrega elèctrica de cada pol, positiu (+ δ) o negatiu (-δ), i d és la distància entre ells.
El moment dipolar sol ser expressat en debye, representat pel símbol D. Un coulomb · metre equival a 2,998 · 10 29 D.
El valor de el moment dipolar de l'enllaç entre dos àtoms diferents, està en relació a la diferència d'electronegativitats dels àtoms que formen l'enllaç.
Perquè una molècula sigui polar no n'hi ha prou amb tenir en la seva estructura enllaços polars, sinó que a més ha de tenir una geometria asimètrica; de tal manera, que impedeixi que els moments dipolars s'anul·lin vectorialment entre si.
Asimetria en la molècula d'aigua
La molècula d'aigua té dos enllaços OH. La geometria de la molècula és angular, és a dir, amb forma de "V"; de manera que els moments dipolars dels enllaços no s'anul·len entre si, sinó que es produeix la suma d'ells apuntant cap a l'àtom d'oxigen.
El mapa de potencial electrostàtic per l'H 2 O reflecteix això.
Si s'observa la molècula angular HOH, pot sorgir la següent pregunta: realment és asimètrica? Si es traça un eix imaginari que travessi l'àtom d'oxigen, la molècula es dividirà en dues meitats iguals: HOOH.
Però, no és així si l'eix imaginari és horitzontal. Quan aquest eix ara divideix la molècula novament en dues meitats, s'haurà d'una banda l'àtom d'oxigen, i per l'altre els dos àtoms d'hidrogen.
Ja per això l'aparent simetria de l'H 2 O deixa d'existir, i es considera per tant una molècula asimètrica.
molècules polars
Les molècules polars han de complir amb una sèrie de característiques, com ara:
-Distribució de les càrregues elèctriques en l'estructura molecular és asimètrica.
-Solen ser solubles en l'aigua. Això es deu entre molècules polars poden interactuar per forces dipol-dipol, on l'aigua es caracteritza per tenir un moment dipolar gran.
A més, la seva constant dielèctrica és molt alta (78,5), el que li permet mantenir les càrregues elèctriques separades augmentant la seva solubilitat.
-En general, les molècules polars presenten alts punts d'ebullició i fusió.
Aquestes forces estan constituïdes per la interacció dipol-dipol, les forces dispersives de London i la formació de ponts d'hidrogen.
-A causa de la seva càrrega elèctrica, les molècules polars poden conduir l'electricitat.
exemples
SO
Diòxid de sofre (SO 2). L'oxigen té una electronegativitat de 3,44, mentre que l'electronegativitat de l'sofre és 2,58. Per tant, l'oxigen és més electronegatiu que el sofre. Hi ha dos enllaços S = O, tenint l'O una càrrega δ- i el S una càrrega δ +.
Per ser una molècula angular amb l'S en el vèrtex, els dos moments dipolars estan orientats en el mateix sentit; i per això, se sumen, fent que molècula de SO 2 sigui polar.
CHCl
Cloroform (HCCl 3). Hi ha un enllaç CH i tres enllaços C-Cl.
La electronegativitat de C és 2,55, i l'electronegativitat de H és 2,2. Així, el carboni és més electronegatiu que l'hidrogen; i per tant, el moment dipolar estarà orientat des de l'H (δ +) cap al C (δ-): C δ- -H δ +.
En el cas dels enllaços C-Cl, el C té una electronegativitat de 2,55, mentre que el Cl té una electronegativitat de 3,16. El vector dipol o moment dipolar està orientat des del C cap al Cl en els tres enllaços C δ + -Cl δ-.
A l'haver una regió pobra d'electrons, al voltant de l'àtom d'hidrogen, i una regió rica en electrons conformada pels tres àtoms de clor, el CHCl 3 es considera una molècula polar.
HF
El fluorur d'hidrogen té un sol enllaç HF. L'electronegativitat d'l'H és de 2,22 i l'electronegativitat de l'F és 3,98. Per tant, el fluor acaba amb la major densitat electrònica, i l'enllaç entre els dos àtoms es descriu millor com: H δ + F δ-.
NH
L'amoníac (NH 3) té tres enllaços NH. L'electronegativitat d'al N és de 3,06 i l'electronegativitat de l'H és de 2,22. En els tres enllaços, la densitat electrònica està orientada cap al nitrogen, sent encara més gran per la presència d'un parell d'electrons lliures.
La molècula d'NH 3 és tetraèdrica, amb l'àtom de N ocupant el vèrtex. Els tres moments dipolars, corresponents als enllaços NH, estan orientats en el mateix sentit. En ells, δ- està localitzat al N, i δ + en l'H Així, els enllaços són: N δ- -H δ +.
Aquests moments dipolars, l'asimetria de la molècula, i el parell lliure d'electrons sobre el nitrogen, fan d'l'amoníac una molècula altament polar.
Macromolècules amb heteroàtoms
Quan les molècules són molt grans, deixa de ser precís classificar-les com apolars o polars en si mateixes. Això es deu al fet que pot haver parts de la seva estructura amb característiques tant apolars (hidrofòbiques), com polars (hidrofíliques).
A aquest tipus de compostos se'ls coneix com anfífilos o anfipáticos. A causa de que la part apolar es pot considerar pobra en electrons respecte a la part polar, hi ha una polaritat present en l'estructura, i es consideren els compostos anfifílicos com compostos polars.
Pot esperar-se de manera general que una macromolècula amb heteroàtoms tingui moments dipolars, i amb això, polaritat química.
S'entén per heteroàtoms aquells que són diferents dels que componen l'esquelet de l'estructura. Per exemple, l'esquelet carbonat és biològicament el més important de tots, i a l'àtom amb qui forma enllaç el carboni (a més de l'hidrogen), se li crida heteroàtom.
referències
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- Prof. Krishnan. (2007). Polar and nonpolar compounds. St Louis Community College. Recuperat de: users.stlcc.edu
- Murmson, Serm. (14 de març del 2018). How to Explain Polarity. Sciencing. Recuperat de: sciencing.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (05 de desembre del 2018). Polar Bond Definition and Examples (Polar covalent Bond). Recuperat de: thoughtco.com
- Wikipedia. (2019). Chemical Polarity. Recuperat de: en.wikipedia.org
- Quimitube. (2012). Enllaç covalent: polaritat d'enllaç i polaritat molecular. Recuperat de: quimitube.com