Tabla de Contenidos
A víz poláris molekula, mert két poláris OH-kötése van, amelyek dipólusmomentumai nem kioltják egymást. Ezek a dipólusmomentumok az oxigén felé mutatnak, és összeadódnak, így a molekulának nettó dipólusmomentumot adnak.
Ez a polaritás felelős a víz számos jellemző tulajdonságáért, beleértve a kémiai reakcióképességét, olvadáspontját és forráspontját, valamint azt a képességét, hogy univerzális oldószerként szolgáljon ionos és poláris oldott anyagokhoz, többek között.
Más szóval, a víz polaritása, mint bármely más molekulé, kötései polaritásának, valamint a molekula geometriájának közvetlen következménye. E két fogalom megértése és a vízmolekulára való vonatkozásuk teljesebb képet ad a molekulák polaritásáról.
Mi az a poláris kötés?
A poláris kötés a kovalens kötés olyan fajtája, amelyben a két atom közül az egyik elektronegatívabb, mint a másik, így a kötés elektronsűrűsége erősebben vonz. Ennek az a következménye, hogy az elektronok nem oszlanak meg egyenlően. Az elektronegatívabb atom részleges negatív töltést kap (a δ- jelöléssel), míg a másik részleges pozitív töltést (a δ+ jelöléssel).
Mindkét részleges töltés egyenlő nagyságú és ellentétes előjelű, így a poláris kötések elektromos dipólusokká alakulnak .
Az, hogy két atom alkot-e poláris kovalens kötést, az elektronegativitásuk különbségétől függ. Ha a különbség túl nagy, akkor a kötés ionos lesz, de ha nagyon kicsi vagy nulla, akkor tiszta kovalens kötés. Végül a kötés poláris kovalens lesz, ha a különbség közepes. Az egyes esetekre vonatkozó határértékeket az alábbi táblázat tartalmazza:
| link típusa | elektronegativitás különbség | Példa |
| ionos kötés | >1.7 | NaCl; LiF |
| poláris kötés | 0,4 és 1,7 között | OH; HF; NH |
| nempoláris kovalens kötés | <0.4 | CH; IC |
| tiszta kovalens kötés | 0 | H H; óóó; FF |
dipólmomentum
A poláris kötéseket a dipólusmomentum jellemzi. Ezt a vektort a görög μ (mu) betű jelöli, amely a kötés mentén az elektronegatívabb atom irányába mutat. Ennek a vektornak a nagyságát az elválasztott töltés nagyságának, amely arányos az elektronegativitások különbségével, és a két töltés távolságának, vagyis a kötés hosszának szorzata adja.
A dipólusmomentum elengedhetetlen ahhoz, hogy megértsük, miért poláris a víz, mivel egy molekula teljes polaritása az összes dipólusmomentum vektorösszegéből adódik.
molekuláris geometria
A molekula geometriája azt jelzi, hogyan oszlanak meg atomjai a központi atom körül. Például a vízben a központi atom az oxigén, így a molekuláris geometria azt jelzi, hogy a két hidrogénatom hogyan helyezkedik el az oxigén körül.
A molekuláris geometria meghatározásának különböző módjai vannak. A legegyszerűbb a vegyérték-elektronpár taszítás elméletén keresztül valósul meg, amely kimondja, hogy a központi atomot körülvevő elektronpárok (akár kötő, akár magányos elektronpárok) úgy lesznek orientálva, hogy a lehető legtávolabb legyenek egymástól.
Miután meghatároztuk, hogyan oszlanak el az elektronok a központi atom körül, a geometriát úgy határozzuk meg, hogy megnézzük, hol mutatnak a kötések (nem vesszük figyelembe a magányos elektronpárokat).
Miután megértettük ezt a két fogalmat, elemezzük most a vízmolekulát, annak kötéseit és geometriáját:
A vízben lévő OH-kötések poláris kötések.
A vízben két hidrogénatom kapcsolódik egy oxigénatomhoz. Az oxigén és a hidrogén elektronegativitásbeli különbsége 1,24, ami meglehetősen poláris kötést jelent (lásd a fenti táblázatot). A fenti ábra ennek a kötésnek a dipólusmomentumát szemlélteti. Figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a vektort gyakran a hivatkozás oldalára húzzák a könnyebb megtekintés érdekében; valójában azonban egybeesik az OH-kötéssel, és a hidrogénatommagtól az oxigénatommag felé mutat.
A vízmolekula szöggeometriával rendelkezik
A vízmolekulában az oxigénatom sp 3 hibridizált , és négy pár elektron veszi körül (a két hidrogénkötéspár és két nem megosztott pár). A vegyértékelektronpár taszítás elmélete azt állítja, hogy négy elektronpár mutat egy szabályos tetraéder végei felé. Más szavakkal, a két hidrogénatom a tetraéder négy sarka közül kettő felé mutat, így a vízmolekula szögletes molekulává válik.
A két kötés közötti szögnek 109,5º-os tetraéderes szögnek kell lennie, de a két magányos elektronpár erősebben taszítja a kötő elektronokat, kissé szűkítve a szöget. Az eredmény az, hogy a két OH-kötés a vízben 104,45º-os szöget zár be, amint az a fenti ábrán látható.
Poláris kötések + szöggeometria = poláris molekula
Fontos felismerni azt a tényt, hogy a poláris kötések nem biztosítják, hogy egy molekula poláris legyen. Valójában a szén-dioxidnak két poláris kötése van, de a dipólusmomentumaik kioltják egymást. Emiatt a molekula nem poláris.
Ez nem történik meg a vízmolekulával, mivel nem lineáris, hanem szögletes. Most, hogy világos képünk van a vízmolekula jellemzőiről, továbbléphetünk a molekula nettó dipólusmomentumának meghatározásához. Ez úgy történik, hogy mindkét dipólusmomentumot a molekula tetejére rajzoljuk, majd végrehajtjuk a vektorösszeadást:
Az összeadás elvégezhető grafikusan, paralelogramma módszerrel, az előző ábra jobb oldalán látható módon. Amint látható, mindkét dipólusmomentum egy nettó dipólusmomentumot hoz létre, amely a molekula közepén áthaladó oxigén felé mutat.
Végső soron ez a nettó dipólusmomentum az oka annak, hogy a víz poláris molekula.
