Dipólového momentu je chemická vlastnost, která ukazuje, jak heterogenní elektrického náboje jsou distribuovány v molekule. Je vyjádřena v Debyeových jednotkách, 3,33 · 10 -30 ° C · m, a obecně jsou její hodnoty v rozsahu od 0 do 11 D.
Vysoce polární sloučeniny mají tendenci mít velké dipólové momenty; zatímco ty nepolární, malé dipólové momenty. Čím více jsou polarizované elektrické náboje v molekule, tím větší je její dipólový moment; to znamená, že musí existovat oblast bohatá na elektrony, 5 a další chudá na elektrony, 5 +.
Dvoubarevná guma slouží jako analogie dvou pólů, pozitivních a negativních, molekuly se značným dipólovým momentem. Zdroj: Pexels.
Dipolový moment, μ, je veličina vektoru, takže je ovlivněna úhly vazeb a obecně molekulovou strukturou.
Pokud je molekula lineární, lze ji porovnat s dvoubarevným gumou. Jeho záporný konec δ- by odpovídal červené barvě; zatímco pozitivní, 5 +, by bylo modré. Se vzrůstající velikostí záporných nábojů na 5-pólu a vzdáleností, která je odděluje od 5 +, se zvyšuje dipólový moment.
Chemicky znamená výše, že čím větší je rozdíl v elektronegativitě mezi dvěma atomy a čím větší je vzdálenost, která je odděluje, tím větší je dipólový moment mezi nimi.
Jak se vypočítává dipólový moment?
Považuje se za kovalentní vazbu mezi dvěma atomy, A a B:
AB
Vzdálenost mezi kladnými a zápornými částečnými náboji je již definována délkou jejich vazby:
A 8 + -B δ-
Protože protony a elektrony mají stejnou velikost elektrického náboje, ale s opačnými znaménky, 1,6–10 -19 ° C, je toto zohledněno při hodnocení dipólového momentu mezi A a B pomocí následující rovnice:
μ = δd
Kde μ je dipólový moment, δ je náboj elektronu bez záporného znaménka a d je délka vazby vyjádřená v metrech. Například, za předpokladu, 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 10-10 ° C m
Ale protože tato hodnota je velmi malá, používá se Debyeova jednotka:
μ = (3,2 · 10 -29 ° C) m (1 D / 3,33 · 10 -30 ° C) m)
= 9,60 D
Tato hodnota μA-B by mohla poskytnout předpoklad, že vazba AB je iontová než kovalentní.
Příklady
Voda
Dipolový moment molekuly vody. Zdroj: Gabriel Bolívar.
Pro výpočet dipólového momentu molekuly musí být všechny dipólové momenty jejich příslušných vazeb přidány vektorově, s ohledem na vazebné úhly a trochu trigonometrie. To na začátku.
Voda má jeden z největších dipólových momentů, které lze očekávat u kovalentní sloučeniny. Na horním obrázku máme atomy vodíku, které mají kladné parciální náboje, 5 +, zatímco kyslík nese záporný parciální náboj, 8-. OH vazba je poměrně polární (1,5 D), a tam jsou dvě z nich v H 2 O molekuly.
Obvykle je nakreslen vektor, který je směrován od nejméně elektronegativního atomu (H) k elektronelegativnějšímu atomu (O). Ačkoli nejsou nakresleny, na atomu kyslíku jsou dva páry nesdílených elektronů, které „koncentraci“ negativní oblasti ještě více.
Vzhledem k úhlové geometrii H 2 O, dipólové momenty ni ve směru k atomu kyslíku. Všimněte si, že součet dvou μO-H by dal 3D (1,5 + 1,5); ale není to tak. Dipólový moment vody má experimentální hodnotu 1,85D. Zde je znázorněn účinek úhlu téměř 105 ° mezi vazbami HOH.
Methanol
Dipolový moment molekuly methanolu. Zdroj: Gabriel Bolívar.
Dipolový moment methanolu je 1,69D. Je to méně než voda. Atomové hmoty proto nemají velký vliv na dipólový moment; ale jejich atomové poloměry jsou. V případě methanolu nelze říci, že jeho HO vazba má μ rovnou 1,5D; jelikož molekulární prostředí se liší v CH 3, OH a H 2 O.
Proto by se pro výpočet μO-H musela měřit délka HO vazby v methanolu. Lze říci, že μO-H je větší než μC-O, protože rozdíl elektronové aktivity mezi uhlíkem a kyslíkem je menší než mezi vodíkem a kyslíkem.
Metanol je uveden jako jedno z nejpolárnějších rozpouštědel, které lze nalézt spolu s vodou a amoniakem.
Amoniak
Dipolový moment molekuly amoniaku. Zdroj: Gabriel Bolívar.
HN vazby jsou docela polární, takže dusík díky své vyšší elektronegativitě přitahuje elektrony směrem k sobě (horní obrázek). Kromě toho máme na něm nesdílený pár elektronů, které přispívají svými zápornými náboji k oblasti δ. Proto na atomu dusíku amoniaku převládají elektrické náboje.
Amoniak má dipólový moment 1,42D, menší než moment methanolu. Pokud by se amoniak i methanol mohly přeměnit na gumy, bylo by vidět, že methanolová guma má definovanější póly ve srovnání s tahem amoniaku.
Ethanol
V případě ethanolu, CH 3 CH 2 OH, její dipólový moment je velmi blízko, že se z methanolu, ale má tendenci mít nižší hodnoty. Protože existuje více atomů uhlíku, které tvoří 5 + region, atom kyslíku představující 5- začíná ztrácet část své „relativní negativní intenzity“.
Oxid uhličitý
Dipolový moment molekuly oxidu uhličitého. Zdroj: Gabriel Bolívar.
Oxid uhličitý má dvě polární vazby, C = O, s příslušnými dipólovými momenty μO-C. Jak je však vidět na obrázku výše, lineární geometrie CO 2 způsobí, že se dva μO-C navzájem zruší, i když uhlík má kladný částečný náboj a kyslíky mají záporné dílčí náboje.
Z tohoto důvodu, oxid uhličitý je nepolární molekuly, protože μCO 2 má hodnotu 0D.
Metan
Dipolový moment pro metanovou molekulu. Zdroj: Gabriel Bolívar.
Metan i oxid uhličitý sdílejí něco společného: Jsou to vysoce symetrické molekuly. Obecně platí, že čím je molekula symetričtější, tím menší je její dipólový moment.
Podíváme-li se na CH 4 molekuly, její CH vazby jsou polární, a elektrony jsou zaměřena na atomu uhlíku, jak je to o něco více elektronegativní. Člověk by si mohl myslet, že uhlík by musel být vysoce negativním regionem δ; jako guma s tmavě červeným středem a namodralým koncem.
Avšak tím, že rozdělením CH 4 na dvě poloviny, bychom získat dvě HCH poloviny, jednu na levé a druhý na pravé straně, podobně jako na H 2 O molekuly. To znamená, že dipólový moment vyplývající z přičítání tyto dva uC-H se zruší s druhou polovinou. A proto má μCH 4 hodnotu 0D.
Reference
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
- Walter J. Moore. (1963). Fyzikální chemie. V chemické kinetice. Čtvrté vydání, Longmans.
- Ira N. Levine. (2009). Základy fyzikální chemie. Šesté vydání, str. 479-540. Mc Graw Hill.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29. ledna 2020). Definice dipólového momentu. Obnoveno z: thinkco.com
- Blaber Mike. (29. září 2019). Dipole momenty. Chemie LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org
- LaRita Williamsová. (2020). Dipolový moment: Definice, rovnice a příklady. Studie. Obnoveno z: study.com
- Wikipedia. (2020). Bond dipólový moment. Obnoveno z: en.wikipedia.org