Jak określić czy cząsteczka jest polarna ?

1. Od czego w ogóle zacząć ?

Aby cząsteczka była polarna, musi mieć wiązanie spolaryzowane. To jest zatem pierwsza rzecz, na którą musimy zwrócić uwagę. Jeśli cząsteczka nie posiada takich wiązań, to od razu możemy powiedzieć, że jest niepolarna. Tak będzie na przykład dla cząsteczek chloru (Cl2) czy metanu (CH4).

2. Proste cząsteczki, złożone z dwóch atomów

Zaczniemy od łatwych przykładów. Gdy już zlokalizujemy wiązanie, które jest spolaryzowane, to jeśli taka cząsteczka składa się tylko z dwóch atomów, to nie ma opcji, będzie ona polarna. Wówczas na jednym krańcu cząsteczki tworzy się częściowy ładunek dodatni, a na drugim biegunie ładunek ujemny, a cząsteczka wykazuje tak zwany moment dipolowy.

Tak będzie np. w klasycznej już cząsteczce HCl.

Polarność na przykładzie prostej, dwuatomowej cząsteczki kwasu solnego (HCl).

Zatem moment dipolowy (oznaczany grecką literką μ) występuje wtedy, kiedy mamy nierównomierny (niesprawiedliwy) podział elektronów. Mówimy wtedy, że moment dipolowy jest różny od zera czy też niezerowy, co zaznacza się jako μ ≠ 0 .

Potraktuj to jak przeciąganie liny. Jeśli obie drużyny, A oraz B, ciągną do siebie linę (czyli elektrony), to jeśli jedna z drużyn przyciąga mocniej, to ostatecznie lina będzie się przemieszczać w ich kierunku. Moment dipolowy pokazuje nam gdzie przemieszcza się ta lina (w jakim kierunku) i ,,z jaką mocą”. Jeśli lina gdziekolwiek się przemieszcza (μ ≠ 0), to cząsteczka jest polarna, a jeśli stoi w miejscu (μ = 0), to jest niepolarna.

3. Trochę fizyki, czyli dodawanie wektorów

Spójrzmy na cząsteczkę tlenku węgla (IV), czyli CO2. Występuje w niej wiązanie spolaryzowane, więc już mamy podstawy do tego, aby myśleć, że może będzie to cząsteczka polarna. Okazuje się jednak, że jest ona niepolarna. Zobaczmy dlaczego.

Cząsteczka CO2 jest niepolarna, ponieważ momenty dipolowe się kasują.

Sytuację, jaka ma miejsce w cząsteczce CO2 można by przyrównać do średniowiecznej tortury, w której człowiek miał przywiązane ręce do koni, które następnie rozpędzały się w przeciwne strony. Gdyby był tylko jeden koń, to człowiek toczyłby się za tym koniem (jak to było w cząsteczce HCl), ale tutaj oba konie biegną w przeciwne strony, więc ostatecznie … nic się nie dzieje! Zakładając oczywiście, że są to identycznie konie, które ciągną do siebie z tą samą siłą. W cząsteczce CO2 tak właśnie mamy, bo mamy dwa identycznie atomy tlenu, które przyciągają do siebie elektrony z taką samą mocą.

Znalezione obrazy dla zapytania: konie tortura
Tutaj co prawda są pokazane cztery konie, ale to nie szkodzi, bo to wyobrażenie możemy śmiało zastosować do cząsteczek, w których jest więcej atomów.

Ostatecznie moment dipolowy dla tlenku węgla (IV) wynosi μ = 0 , a sama cząsteczka nie jest polarna.

Ucząc się tego tematu, pewnie zadajesz sobie pytanie, po co to w ogóle jest potrzebne ? Zobacz, że gdybyśmy wzięli cząsteczkę wody i pochopnie ocenili jej polarność to byśmy powiedzieli, że sytuacja jest dokładnie taka sama jak w CO2, a więc że też będzie niepolarna.

Błędnie narysowana cząsteczka wody. Zwróć koniecznie uwagę, że tutaj zmieniamy kierunek momentu dipolowego, bo to tlen ma większą elektroujemność.

Badania doświadczalne pokazują, że cząsteczka wody jest polarna. Niestety, jest jeszcze jeden bardzo ważny czynnik, który należy uwzględnić!

Oceniając polarność cząsteczki musisz także uwzględnić jej budowę (kształt) przestrzenny!

Bardzo ważna sprawa, często zapominana.

Czyli jeśli jeszcze nie potrafisz posługiwać się prostą metodą VSEPR, to teraz musisz to nadrobić. Wreszcie będziemy mogli odpowiedzieć na pytanie : czy woda jest polarna ?

Czy cząsteczka wody jest polarna?

Spróbujmy teraz ustalić ogólne reguły[1] odnośnie ustalania polarności, czyli momentu dipolowego. Moment dipolowy jest wielkością wektorową, co oznacza że posiada wartość oraz kierunek.

Do oceny polarności mogą przydać się wektory.

To było dla cząsteczek, które są płaskie i liniowe. Zobaczmy teraz cząsteczki płaskie, gdzie atomy są poustawianie ,,w różne strony” .

Budowa
liniowa
Budowa
kątowa
Budowa trygonalnaBudowa tetraedrycznaBudowa piramidy
trygonalnej
Wszystkie podstawniki takie sameniepolarnapolarnaniepolarnaniepolarnapolarna
Różne podstawnikipolarnapolarnapolarnapolarnapolarna
Wszystkie maturalne przypadki podsumowane w tabeli.

4. Czemu to ważne ?

Ocena polarności cząsteczki bardzo dużo mówi nam o jej właściwościach.

czemu woda i olej się ze sobą nie mieszają ? Wynika to z tego, że polarne rozpuszcza się w polarnym i odwrotnie. Jeśli jednak zmieszamy ze sobą cząsteczkę polarną (woda) z niepolarną (olej), to one nie będą się ze sobą mieszać.

Znalezione obrazy dla zapytania: oli water do not mix
To, że olej i woda się ze sobą nie mieszają wynika z ich różnicy w polarności.

➦ w przypadku dużych cząsteczek (najczęściej organicznych) możemy mieć rejony, które są polarne, a także takie, które są niepolarne.

[1] Określanie polarności cząsteczek to taki dziwny temat, we wszystkich podręcznikach potraktowany po macoszemu. Szczerze mówiąc odbieram go tak, że z reguły sam autor książki ledwo rozumie koncepcję (rozumie to intuicyjnie, czyli pewnie potrafi rozwiązać typowe maturalne przykłady), ale nie do końca potrafi to wytłumaczyć.

Bardzo długo myślałem nad podejściem do tego tematu, starając się na zajęciach tłumaczyć to na kompletnie różne podejścia. Teraz zdecydowałem się na podejście wektorowe. Dajcie znać, czy to do Was przemawia.

Leave a Reply

%d bloggers like this: