Su neden polar bir moleküldür?

Su polar bir moleküldür çünkü dipol momentleri birbirini iptal etmeyen iki polar OH bağına sahiptir. Bu dipol momentleri oksijene işaret eder ve toplanarak moleküle net bir dipol momenti verir.

Bu polarite, kimyasal reaktivitesinin bir kısmı, erime ve kaynama noktaları ve diğerlerinin yanı sıra iyonik ve polar çözünenler için evrensel bir çözücü olarak hareket etme yeteneği dahil olmak üzere suyun birçok karakteristik özelliğinden sorumludur.

Başka bir deyişle, suyun polaritesi, diğer herhangi bir molekülünki gibi, molekül geometrisinin yanı sıra bağlarının polaritesinin doğrudan bir sonucudur. Bu iki kavramı ve bunların su molekülüne nasıl uygulandığını anlamak, moleküllerin polaritesi hakkında daha eksiksiz bir fikir verecektir.

polar bağ nedir?

Bir polar bağ, iki atomdan birinin diğerinden daha elektronegatif olduğu bir tür kovalent bağdır, bu nedenle bağın elektron yoğunluğu daha güçlü çeker. Bunun sonucu, elektronların eşit olarak paylaşılmamasıdır. Daha fazla elektronegatif olan atom kısmi bir negatif yük (δ- ile tanımlanır), diğeri ise kısmi bir pozitif yük (δ+ ile tanımlanır) elde eder.

Her iki kısmi yük de eşit büyüklükte ve zıt işaretlidir, bu da kutupsal bağları elektrik dipolleri yapar .

İki atomun polar bir kovalent bağ oluşturup oluşturmaması, elektronegatiflikleri arasındaki farka bağlıdır. Fark çok büyükse bağ iyonik, çok küçük veya sıfır ise saf kovalent bağ olacaktır. Son olarak, fark orta düzeydeyse bağ polar kovalent olacaktır. Her durum için limitler aşağıdaki tabloda gösterilmektedir:

dipol momenti

Polar bağlar, dipol momenti ile karakterize edilir. Bu, bağ boyunca daha elektronegatif atomun yönünü gösteren Yunanca μ (mu) harfi ile gösterilen bir vektördür. Bu vektörün büyüklüğü, elektronegatifliklerdeki farkla orantılı olan ayrılan yükün büyüklüğü ile iki yük arasındaki mesafenin, yani bağ uzunluğunun çarpımı ile verilir.

Bir molekülün toplam polaritesi, tüm dipol momentlerinin vektörel toplamından geldiğinden, dipol momenti suyun neden polar olduğunu anlamak için gereklidir.

Moleküler geometri

Bir molekülün geometrisi, atomlarının merkezi bir atom etrafında nasıl dağıldığını gösterir. Örneğin, suda merkez atom oksijendir, dolayısıyla moleküler geometri iki hidrojen atomunun oksijen etrafında nasıl konumlandığını gösterir.

Moleküler geometriyi belirlemenin farklı yolları vardır. En basiti, merkez atomu çevreleyen elektron çiftlerinin (bağ ya da yalnız elektron çiftleri) birbirlerinden mümkün olduğunca uzak olacak şekilde yönlendirileceğini belirten değerlik elektron çifti itme teorisidir.

Elektronların merkez atom etrafında nasıl dağıldığını belirledikten sonra, bağların nereye baktığına bakılarak (yalnız elektron çiftleri dikkate alınmadan) geometri belirlenir.

Bu iki kavramı anladıktan sonra şimdi su molekülünü, bağlarını ve geometrisini inceleyelim:

Sudaki OH bağları polar bağlardır.

Su, bir oksijen atomuna bağlı iki hidrojen atomuna sahiptir. Oksijen ve hidrojen arasındaki elektronegatiflik farkı 1,24’tür, bu onu oldukça polar bir bağ yapar (yukarıdaki tabloya bakın). Yukarıdaki şekil, bu bağın dipol momentini göstermektedir. Kolay görüntüleme için vektörün genellikle bağlantının yan tarafına çizildiğine dikkat edilmelidir; bununla birlikte, aslında hidrojen çekirdeğinden oksijen çekirdeğine doğru işaret eden OH bağıyla çakışır.

Su molekülü açısal geometriye sahiptir.

^{Su molekülünde, oksijen atomu sp 3} hibritleşmiştir ve dört çift elektronla çevrilidir (iki hidrojen bağı çifti ve iki ortaklanmamış çift). Değerlik elektron çifti itme teorisi, dört çift elektronun düzenli bir tetrahedronun uçlarını işaret edeceğini belirtir. Başka bir deyişle, iki hidrojen atomu bir tetrahedronun dört köşesinden ikisini işaret ederek su molekülünü köşeli bir molekül haline getirecektir.

İki bağ arasındaki açı 109.5º’lik bir tetrahedral açı olmalıdır, ancak iki yalnız elektron çifti, bağ elektronlarını daha güçlü bir şekilde iterek açıyı biraz daraltır. Sonuç, sudaki iki OH bağının yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi 104.45º’lik bir açı oluşturmasıdır.

Polar bağlar + açısal geometri = polar molekül

Polar bağlara sahip olmanın bir molekülün polar olmasını sağlamadığı gerçeğini kabul etmek önemlidir. Aslında, karbondioksitin iki kutupsal bağı vardır, ancak dipol momentleri birbirini iptal eder. Bu nedenle molekül polar değildir.

Su molekülü doğrusal değil açısal olduğu için bu olmaz. Artık su molekülünün özelliklerini net bir şekilde gördüğümüze göre, molekülün net dipol momentini belirlemeye geçebiliriz. Bu, molekülün üstüne her iki dipol momenti çizilerek ve ardından vektör toplama işlemi gerçekleştirilerek yapılır:

Toplama, önceki şeklin sağ tarafında gösterildiği gibi paralelkenar yöntemi kullanılarak grafiksel olarak gerçekleştirilebilir. Görülebileceği gibi, her iki dipol momenti, molekülün merkezinden geçen oksijene işaret eden net bir dipol momenti üretir.

Nihayetinde, bu net dipol momenti, suyun polar bir molekül olmasının nedenidir .