Kimyasal polarite - Chemical polarity
Olarak kimya , polarite bir ayrılma elektrik yükü , bir molekül ya da onun giden kimyasal gruplar , bir olan elektrik dipol momenti , negatif yüklü bir ucu ile, ve pozitif yüklü bir ucu.
Polar moleküller , bağlı atomlar arasındaki elektronegatiflik farkı nedeniyle polar bağlar içermelidir . İki veya daha fazla polar bağa sahip bir polar molekül , bağ dipollerinin birbirini iptal etmemesi için en az bir yönde asimetrik bir geometriye sahip olmalıdır .
Polar moleküller, dipol-dipol moleküller arası kuvvetler ve hidrojen bağları yoluyla etkileşir . Polarite , yüzey gerilimi , çözünürlük ve erime ve kaynama noktaları dahil olmak üzere bir dizi fiziksel özelliğin altında yatar .
bağların polaritesi
Bütün atomlar elektronları aynı kuvvetle çekmez. Elektronlan üzerinde "çekici" bir atom uygulanacaktır ve miktarı, adı elektronegatiflik . Flor , oksijen ve nitrojen gibi yüksek elektronegatifliğe sahip atomlar, elektronları alkali metaller ve toprak alkali metaller gibi düşük elektronegatifliğe sahip atomlardan daha fazla çeker . Bir bağda bu, elektronlar daha yüksek elektronegatifliğe sahip atoma daha yakın çekileceğinden, atomlar arasında eşit olmayan elektron paylaşımına yol açar.
Elektronlar negatif bir yüke sahip olduklarından, elektronların bir bağ içinde eşit olmayan paylaşımı, bir elektrik dipolün oluşumuna yol açar : pozitif ve negatif elektrik yükünün ayrılması. Bu tür dipollerde ayrılan yük miktarı genellikle bir temel yükten daha küçük olduğundan , bunlara kısmi yükler denir ve δ+ ( delta artı) ve δ− (delta eksi) olarak gösterilir. Bu semboller, 1926'da Sir Christopher Ingold ve Dr. Edith Hilda (Usherwood) Ingold tarafından tanıtıldı . Bağ dipol momenti, ayrılan yük miktarı ile yükler arasındaki mesafenin çarpılmasıyla hesaplanır.
Moleküllerdeki bu dipoller, diğer moleküllerdeki dipollerle etkileşime girerek dipol-dipol moleküller arası kuvvetler oluşturabilir .
sınıflandırma
Bağlar iki uçtan biri arasında olabilir - tamamen polar olmayan veya tamamen polar olan. Elektronegatiflikler aynı olduğunda ve bu nedenle sıfır farka sahip olduğunda tamamen polar olmayan bir bağ oluşur. Tamamen polar bir bağ, daha doğru bir şekilde iyonik bağ olarak adlandırılır ve elektronegatiflikler arasındaki fark, bir atomun aslında diğerinden bir elektron alması için yeterince büyük olduğunda oluşur. "Polar" ve "polar olmayan" terimleri genellikle kovalent bağlara , yani polaritenin tamamlanmadığı bağlara uygulanır . Sayısal yollarla bir kovalent bağın polaritesini belirlemek için atomların elektronegatifliği arasındaki fark kullanılır.
Bağ polaritesi tipik olarak, bağlı iki atom arasındaki elektronegatiflik farkına bağlı olarak gevşek bir şekilde üç gruba ayrılır. Göre Pauling ölçeği :
- Polar olmayan bağlar genellikle iki atom arasındaki elektronegatiflik farkı 0,5'ten az olduğunda ortaya çıkar.
- Polar bağlar genellikle iki atom arasındaki elektronegatiflik farkı kabaca 0,5 ile 2,0 arasında olduğunda ortaya çıkar.
- İyonik bağlar genellikle iki atom arasındaki elektronegatiflik farkı 2.0'dan büyük olduğunda ortaya çıkar.
Pauling, bu sınıflandırma şemasını, bağlı iki atom arasındaki elektronegatiflik farkının yaklaşık bir fonksiyonu olan bir bağın kısmi iyonik karakterine dayandırdı . 1.7'lik bir farkın %50 iyonik karaktere tekabül ettiğini, böylece daha büyük bir farkın ağırlıklı olarak iyonik olan bir bağa karşılık geldiğini tahmin etti.
Bir şekilde kuantum mekanik açıklama, Pauling'in önerilmiştir dalga fonksiyonunun bir polar molekül AB için olan bir doğrusal kombinasyonu ψ = aψ (A: B) + bψ (bir kovalent ve iyonik molekülleri için dalga fonksiyonları + B - ). Kovalent ve iyonik karakterin miktarı, a 2 ve b 2 katsayılarının karesi değerlerine bağlıdır .
Moleküllerin polaritesi
Moleküller "polar kovalent", "polar olmayan kovalent" veya "iyonik" olarak tanımlanabilirken, bu genellikle göreceli bir terimdir ve bir molekül diğerinden daha polar veya daha polar değildir. Bununla birlikte, aşağıdaki özellikler bu tür moleküller için tipiktir.
Bir molekül, farklı atomların moleküler orbitalleri arasındaki bir veya daha fazla kimyasal bağdan oluşur. Bir molekül, ya yukarıda açıklandığı gibi elektronegatiflikteki farklılıklar nedeniyle polar bağların bir sonucu olarak ya da tam moleküler orbital olarak bilinen polar olmayan kovalent bağların ve bağlanmayan elektron çiftlerinin asimetrik düzenlenmesinin bir sonucu olarak polar olabilir .
polar moleküller
Bir polar molekül, asimetrik olarak düzenlenmiş polar bağlardan gelen karşıt yüklerin (yani kısmi pozitif ve kısmi negatif yüklere sahip olması) bir sonucu olarak net bir dipole sahiptir . Su (H 2 O), bir tarafında hafif pozitif, diğer tarafında ise hafif bir negatif yüke sahip olduğu için bir polar molekül örneğidir. Dipoller birbirini götürmez ve net dipol oluşur. Su molekülünün polar yapısı nedeniyle, diğer polar moleküller genellikle suda çözünebilir. Suyun dipol momenti durumuna bağlıdır. Gaz fazında dipol momenti ≈ 1.86 Debye (D), sıvı su (≈ 2.95 D) ve buz (≈ 3.09 D), farklı hidrojen bağlı ortamlar nedeniyle daha yüksektir. Diğer örnekler , birçok polar oksijen-hidrojen (-OH) grubuna sahip olan ve genel olarak oldukça polar olan şekerleri ( sükroz gibi ) içerir .
Molekülün bağ dipol momentleri birbirini götürmezse molekül polardır. Örneğin, su molekülü (H 2 O), bükülmüş (doğrusal olmayan) bir geometride iki polar O−H bağı içerir . Bağ dipol momentleri birbirini götürmez, böylece molekül negatif kutbu oksijende ve pozitif kutbu iki hidrojen atomunun ortasında olacak şekilde moleküler bir dipol oluşturur . Şekilde her bağ, negatif yüklü (kırmızı) merkezi O atomunu, pozitif yüklü (mavi) bir H atomuna bağlar.
Hidrojen florür , HF, molekül polar kovalent bağlar sayesinde polar - kovalent bağ elektron daha elektronegatif flor atomu getirilirler.
Amonyak , NH 3 , olan üç NH bağları sadece hafif bir polarite (daha elektronegatif azot atomu doğru) sahip bir moleküldür. Molekülün, VSEPR teorisi tarafından tahmin edildiği gibi, yaklaşık olarak düzenli bir tetrahedronun dördüncü tepesine işaret eden bir yörüngede iki yalnız elektronu vardır . Bu yörünge kovalent bağa katılmaz; tüm amonyak molekülü boyunca güçlü bir dipol ile sonuçlanan elektron bakımından zengindir.
İçinde ozon (O 3 ) moleküller, iki O-O bağları (aynı elementin atomu arasında bir elektronegatiflik farkı yoktur) polar olmayan bulunmaktadır. Bununla birlikte, diğer elektronların dağılımı eşit değildir - merkezi atom elektronları diğer iki atomla paylaşmak zorunda olduğundan, ancak dış atomların her biri elektronları yalnızca bir başka atomla paylaşmak zorunda olduğundan, merkezi atom elektronlardan diğerlerinden daha yoksundur. (merkez atomun resmi yükü +1 iken, dış atomların her birinin resmi yükü − 1 ⁄ 2 ). Molekül bükülmüş bir geometriye sahip olduğundan, sonuç tüm ozon molekülü boyunca bir dipoldür.
Benzer molar kütlelere sahip polar ve polar olmayan bir molekülü karşılaştırırken, polar moleküller arasındaki dipol-dipol etkileşimi daha güçlü moleküller arası çekimler ile sonuçlandığından, genel olarak polar molekülün kaynama noktası daha yüksektir. Polar etkileşimin yaygın bir biçimi , H-bağı olarak da bilinen hidrojen bağıdır. Örneğin su, H-bağları oluşturur ve M = 18 mol kütlesine ve +100 °C kaynama noktasına sahipken, polar olmayan metan M = 16 ve kaynama noktası -161 °C'dir.
polar olmayan moleküller
Bir molekül, iki atomlu bir molekülün iki atomu arasında eşit bir elektron paylaşımı olduğunda veya daha karmaşık bir moleküldeki polar bağların simetrik düzenlenmesi nedeniyle polar olmayabilir. Örneğin, bor triflorür (BF 3 ) 120°'de üç kutuplu bağdan oluşan bir trigonal düzlemsel düzenlemeye sahiptir. Bu, molekülde genel bir dipol olmamasına neden olur.
Karbon dioksit (CO 2 ) iki kutup C = O bağa sahiptir, ancak CO geometrisi 2 iki bağ dipol momentleri iptal ve net bir moleküler dipol momenti olacak şekilde doğrusaldır; molekül polar değildir.
Ev tipi polar olmayan bileşiklerin örnekleri arasında katı yağlar, sıvı yağlar ve petrol/benzin bulunur. Polar olmayan moleküllerin çoğu , oda sıcaklığında suda çözünmez ( hidrofobik ). Terebentin gibi birçok polar olmayan organik çözücü , polar olmayan maddeleri çözebilir.
Olarak metan molekülü (CH 4 ) dört CH bağları karbon atomunun etrafındaki dört yüzlü düzenlenir. Her bağın polaritesi vardır (çok güçlü olmasa da). Bağlar simetrik olarak düzenlenir, böylece molekülde genel bir dipol yoktur. İki atomlu oksijen molekülü (O 2 ) eşit elektronegatiflik nedeniyle kovalent bağda polariteye sahip değildir, dolayısıyla molekülde polarite yoktur.
amfifilik moleküller
Bir ucu polar gruplarla, diğer ucu polar olmayan gruplarla olan büyük moleküller , amfifiller veya amfifilik moleküller olarak tanımlanır . Bunlar iyi yüzey aktif maddelerdir ve su ve yağların kararlı emülsiyonlarının veya karışımlarının oluşumuna yardımcı olabilirler. Yüzey aktif maddeler , sıvı-sıvı ara yüzeyinde adsorbe ederek yağ ve su arasındaki arayüzey gerilimini azaltır .
Bu amfifilik molekülün sağ tarafında birkaç polar grup ( hidrofilik , suyu seven ) ve sol tarafında uzun bir polar olmayan zincir ( lipofilik , yağ seven ) vardır. Bu ona yüzey aktif madde özellikleri verir.
Bir misel - yüzey aktif madde moleküllerinin lipofilik uçları yağda çözünürken, hidrofilik yüklü uçlar su fazında dışarıda kalır ve hidrofobik miselin geri kalanını korur . Bu şekilde küçük yağ damlası suda çözünür hale gelir.
Fosfolipitler , önemli biyolojik fonksiyonlara sahip etkili doğal yüzey aktif maddelerdir.
Fosfolipidlerin oluşturabileceği yapıların kesit görünümü . Bir misel oluşturabilirler ve hücre zarlarının oluşumunda hayati öneme sahiptirler.
Molekül polaritesini tahmin etme
| formül | Açıklama | Örnek | İsim | dipol momenti | |
|---|---|---|---|---|---|
| kutup | AB | Doğrusal moleküller | CO | Karbonmonoksit | 0.112 |
| HA x | Tek H içeren moleküller | HF | Hidrojen florid | 1.86 | |
| bir x OH | Bir ucunda OH olan moleküller | Cı- 2 , H 5 , OH | etanol | 1.69 | |
| O x A y | Bir ucunda O olan moleküller | H 2 O | Suçlu | 1.85 | |
| K x bir y | Bir ucunda N olan moleküller | NH 3 | Amonyak | 1.42 | |
| Polar olmayan | bir 2 | Aynı elementin iki atomlu molekülleri | O 2 | dioksijen | 0.0 |
| C x A y | Çoğu hidrokarbon bileşikleri | Cı- 3 'H 8 | Propan | 0.083 | |
| C x A y | İnversiyon merkezi olan hidrokarbon | Cı- 4 , H 10 | Bütan | 0.0 |
Nokta grubunu belirlemek, bir molekülün polaritesini tahmin etmenin yararlı bir yoludur. Genel olarak, molekülün bireysel bağ dipol momentleri birbirini yok ederse, bir molekül dipol momentine sahip olmayacaktır. Bunun nedeni, dipol momentlerinin büyüklük ve yöne sahip öklid vektör miktarları olması ve birbirine zıt olan iki eşit vektörün birbirini götürmesidir.
İnversiyon merkezi ("i") veya yatay ayna düzlemi ("σ h ") olan herhangi bir molekül, dipol momentlerine sahip olmayacaktır. Benzer şekilde, birden fazla C bir molekül n dipol momentleri birden fazla yalan çünkü bir dipol momentine sahip olmayacaktır dönme ekseni boyut . Bu sınırlama bir sonucu olarak, tüm moleküller düzlemli simetri (D , n , tanımı gereği, D noktası grupları, iki ya da birden fazla C olması için), bu, bir dipol momentine sahip değildir , n eksenleri.
C yana 1 , Cı- s , C ∞h C N ve C , n v nokta gruplarının ters yatay ayna düzlem ya da birden fazla C merkezi olmayan n- ekseni, o noktası gruplarından biri molekülleri dipol momentine sahip olacaktır.
Suyun elektriksel sapması
Popüler yanlış anlayışın aksine, yüklü bir nesneden bir su akışının elektriksel sapması polariteye dayanmaz. Sapma, akımdaki yüklü nesnenin indüklediği elektrik yüklü damlacıklar nedeniyle oluşur. Bir su akımı, polar moleküller üzerinde kuvvet uygulayamayan düzgün bir elektrik alanında da saptırılabilir. Ek olarak, bir su akışı topraklandıktan sonra artık saptırılamaz. Polar olmayan sıvılar için bile zayıf sapma mümkündür.
Ayrıca bakınız
- Kimyasal özellikler
- kolloid
- Deterjan
- Elementlerin elektronegatiflikleri (veri sayfası)
- Kutup noktası grubu