Защо водата е полярна молекула?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Водата е полярна молекула, защото има две полярни ОН връзки, чиито диполни моменти не се анулират взаимно. Тези диполни моменти сочат към кислорода и се сумират, за да дадат на молекулата нетен диполен момент.

Тази полярност е отговорна за много от характерните свойства на водата, включително някои от нейната химическа реактивност, нейните точки на топене и кипене и способността й да действа като универсален разтворител за йонни и полярни разтворени вещества, между другото.

С други думи, полярността на водата, както тази на всяка друга молекула, е пряко следствие от полярността на нейните връзки, както и от геометрията на молекулата. Разбирането на тези две концепции и как те се прилагат към водната молекула ще даде по-пълна представа за полярността на молекулите.

Какво е полярна връзка?

Полярната връзка е вид ковалентна връзка, при която единият от двата атома е по-електроотрицателен от другия, така че електронната плътност на връзката се привлича по-силно. Последицата от това е, че електроните не се споделят по равно. По-електроотрицателният атом придобива частичен отрицателен заряд (идентифициран с δ-), докато другият придобива частичен положителен заряд (идентифициран с δ+).

И двата частични заряда са с еднаква величина и противоположен знак, което прави полярните връзки електрически диполи .

Дали два атома образуват полярна ковалентна връзка или не зависи от разликата между техните електроотрицателности. Ако разликата е твърде голяма, връзката ще бъде йонна, но ако е много малка или нула, тя ще бъде чиста ковалентна връзка. И накрая, връзката ще бъде полярна ковалентна, ако разликата е междинна. Ограниченията за всеки случай са представени в следната таблица:

тип връзка разлика в електроотрицателността Пример
йонна връзка >1,7 NaCl; LiF
полярна връзка Между 0,4 и 1,7 OH; HF; NH
неполярна ковалентна връзка <0,4 CH; интегрална схема
чиста ковалентна връзка 0 H H; ох; FF

диполен момент

Полярните връзки се характеризират с диполен момент. Това е вектор, обозначен с гръцката буква μ (mu), сочеща по протежение на връзката в посоката на по-електроотрицателния атом. Големината на този вектор се дава от произведението на големината на отделения заряд, който е пропорционален на разликата в електроотрицателностите, и разстоянието между двата заряда, тоест дължината на връзката.

Диполният момент е от съществено значение за разбирането защо водата е полярна, тъй като общата полярност на една молекула идва от векторната сума на всички нейни диполни моменти.

молекулярна геометрия

Геометрията на една молекула показва начина, по който нейните атоми са разпределени около централен атом. Например във водата централният атом е кислородът, така че молекулярната геометрия показва как двата водородни атома са ориентирани около кислорода.

Има различни начини за определяне на молекулярната геометрия. Най-простият е чрез теорията за отблъскването на валентни електронни двойки, която гласи, че двойките електрони, които заобикалят централния атом (независимо дали са свързващи или несподелени двойки електрони), ще бъдат ориентирани така, че да са възможно най-далеч един от друг.

След определяне на това как електроните са разпределени около централния атом, геометрията се определя, като се гледа къде сочат връзките (без да се вземат предвид несподелените двойки електрони).

След като сме разбрали тези две концепции, нека сега анализираме водната молекула, нейните връзки и нейната геометрия:

OH връзките във водата са полярни връзки.

OH връзка полярност

Водата има два водородни атома, свързани с един кислороден атом. Разликата в електроотрицателността между кислорода и водорода е 1,24, което го прави доста полярна връзка (вижте таблицата по-горе). Фигурата по-горе илюстрира диполния момент на тази връзка. Трябва да се има предвид фактът, че векторът често е изтеглен отстрани на връзката за лесно гледане; но всъщност съвпада с връзката ОН, насочена от ядрото на водорода към ядрото на кислорода.

Молекулата на водата има ъглова геометрия

Във водната молекула кислородният атом е sp3 хибридизиран и е заобиколен от четири двойки електрони (двете двойки водородни връзки и две несподелени двойки). Теорията за отблъскването на валентните електронни двойки гласи, че четири двойки електрони ще сочат към краищата на правилен тетраедър. С други думи, двата водородни атома ще сочат към два от четирите ъгъла на тетраедър, което прави водната молекула ъглова молекула.

Геометрия на водната молекула и защо е полярна

Ъгълът между двете връзки трябва да бъде тетраедричен ъгъл от 109,5º, но двете несподелени двойки електрони отблъскват по-силно свързващите електрони, стеснявайки леко ъгъла. Резултатът е, че двете ОН връзки във водата образуват ъгъл от 104,45º, както е показано на фигурата по-горе.

Полярни връзки + ъглова геометрия = полярна молекула

Важно е да се признае фактът, че наличието на полярни връзки не гарантира, че една молекула е полярна. Всъщност въглеродният диоксид има две полярни връзки, но техните диполни моменти взаимно се компенсират. Поради тази причина молекулата е неполярна.

Това не се случва с водната молекула, тъй като тя не е линейна, а ъглова. Сега, когато имаме ясна картина на характеристиките на водната молекула, можем да преминем към определяне на нетния диполен момент на молекулата. Това се прави чрез изчертаване на двата диполни момента върху молекулата и след това извършване на векторното добавяне:

Защо водата е полярна молекула?

Добавянето може да се извърши графично, като се използва методът на успоредника, както е показано от дясната страна на предишната фигура. Както може да се види, и двата диполни момента произвеждат общ диполен момент, насочен към кислорода, преминаващ през центъра на молекулата.

нетен полярен момент на водата

В крайна сметка този нетен диполен момент е причината водата да е полярна молекула.

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados