Mikä on kemiallinen dipolimomentti?

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


Kun molekyylin atomit jakavat elektroninsa epätasaisesti, ne luovat niin sanotun dipolimomentin . Tämä ilmiö ilmenee, kun yksi atomi on elektronegatiivisempi kuin toinen, jolloin tämä atomi vetää puoleensa voimakkaammin jaetusta elektroniparista tai kun atomilla on yksittäinen elektronipari ja elektronegatiivisuuden ero osoittaa samaan suuntaan.

Yksi yleisimmistä esimerkeistä on vesimolekyyli, joka koostuu yhdestä happi- ja kahdesta vetyatomista. Elektronegatiivisuuden ja yksinäisten elektronien erot antavat hapelle osittaisen negatiivisen varauksen ja jokaiselle vedylle osittaisen positiivisen varauksen.

sidoksen dipolimomentti

Sidosdipolimomentti tai kemiallinen dipolimomentti on dipolimomentti kahden atomin molekyylin yksittäisen sidoksen välillä, kun taas kokonaisdipolimomentti moniatomisessa molekyylissä on kaikkien sidosdipolien vektorisumma. Siten sidoksen dipolimomentti eroaa kokonaisdipolimomentista moniatomisissa molekyyleissä. Siten molekyylin kokonaisdipolimomentti riippuu tekijöistä, kuten eroista atomikoossa, orbitaalien hybridisaatiosta ja yksinäisten elektronien parin suunnasta. Dipolimomentti voi myös olla pienempi, kun kaksi vastakkaista dipolisidosta kumoavat.

Kemiassa dipolimomentin esitys annetaan hieman eri tavalla nuolisymbolilla (->). Tästä huolimatta dipolimomenttia edustaa nuoli, jonka toisella puolella on risti (+). Nuolen puoli osoittaa negatiivista merkkiä, kun taas risti (+) tarkoittaa positiivista merkkiä. Tässä nuoli osoittaa elektronitiheyden muutosta molekyylissä.

dipolimomenttiesitys
Dipolimomenttiesitys

dipolimomenttikaava

Dipolimomentin määritelmä voidaan antaa molekyylin elektronisen varauksen suuruuden ja molekyylin atomien välisen etäisyyden tulona ja se saadaan seuraavalla yhtälöllä:

Dipolimomentti (μ) = Varaus (Q) x Erotusetäisyys (d). Eli (μ) = (Q) x (d)

Missä (μ) on sidoksen dipolimomentti, Q on osavarausten δ + ja δ suuruus sekä etäisyys δ + ja δ välillä .

Toisaalta dipolimomentti mitataan debye -yksiköissä , jota edustaa D. Missä 1 D= 3,33564 x 10 -30 C x m. Tässä C = Coulomb ja m = metri.

Esimerkki dipolimomentin laskemisesta

Tässä esimerkissä käytämme vesimolekyyliä, jonka avulla voidaan määrittää dipolimomentin suunta ja suuruus. Hapen ja vedyn elektronegatiivisuuden perusteella ero on 1,2e kullekin vety-happisidokselle. Joten, koska happi on elektronegatiivisin atomi, sillä on suurempi vetovoima yhteisiin elektroneihin; siinä on myös kaksi yksinäistä elektroniparia. Siksi voimme päätellä, että dipolimomentti on kahden vetyatomin ja happiatomin välillä.

Yllä olevaa yhtälöä käyttäen lasketaan dipolimomentiksi 1,84 D kertomalla happi- ja vetyatomien välinen etäisyys niiden välisellä varauserolla ja etsimällä sitten kunkin komponentit, jotka osoittavat nettodipolimomentin suuntaan. (molekyylin kulma on 104,5˚).

OH-sidoksen sitoutumismomentti on 1,5 D, joten nettodipolimomentti on:

(μ) = 2 (1,5) cos (104,5˚/2) = 1,84 D

Dipolimomentin käyttötarkoitukset

  1. Löytää sidoksen polaarinen luonne. Dipolimomentin suuruuden kasvaessa sidoksen polaarisuus kasvaa. Molekyylit, joiden dipolimomentti on nolla, ovat ei-polaarisia, kun taas molekyylejä, joiden dipolimomentti on nolla, pidetään polaarisina.
  2. Molekyylien rakenteen (muodon) löytäminen. Molekyyleillä, joilla on tietyt dipolimomenttiarvot, on kaareva tai kulmikas muoto, eikä niillä ole symmetristä rakennetta, kun taas molekyyleillä, joilla on nolla dipolimomentti, on symmetrinen muoto. 
  3. Sidosen ionisen luonteen prosenttiosuuden määrittäminen. Tämä prosenttiosuus on kahden atomin välillä jaettujen elektronien määrä, jossa rajoitettu elektronien jakaminen vastaa suurta ionisen luonteen prosenttiosuutta. Sidosen ionisen luonteen prosenttiosuuden määrittämiseksi atomien elektronegatiivisuuksia käytetään ennustamaan elektronien jakautumista niiden välillä.
  4. Molekyylien symmetrian löytäminen. Molekyylit, joissa on kaksi tai useampia polaarisia sidoksia, eivät ole symmetrisiä ja niillä on tietty dipolimomentti. Esimerkki: H20 = 1,84D ja CH3CI ( metyylikloridi) = 1,86D. Jos samankaltaiset molekyylin atomit ovat kiinnittyneet keskusatomiin siten, että dipolimomentti on nolla, tällaisilla molekyyleillä on symmetriset rakenteet. Esimerkki: CO 2 (hiilidioksidi) ja CH 4 (metaani).
  5. cis- ja trans-isomeerien erottaminen toisistaan. Yleensä isomeeri, jolla on korkeampi dipolimomentti, on trans-isomeeri ja isomeeri, jolla on pienempi dipolimomentti, on cis-isomeeri.
  6. Orto-, meta- ja para-isomeerien erottaminen toisistaan. Para-isomeerin dipolimomentti on nolla, kun taas orto-isomeerillä on suurempi dipolimomentti kuin meta-isomeerilla.
Hiilidioksidi C02
Hiilidioksidi C02

Metaani CH4
Metaani CH4

Viitteet

http://www.biorom.uma.es/contenido/JCorzo/temascompletos/InteraccionesNC/dipolares/dipolar1.htm

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/dipole.html

Fysiikka ja kemia 2. vuosi ylioppilastutkinnon. Pääkirjoitus Santillana (Espanja) – INVESTIGA-sarja, 2021. Eri kirjoittajia

-Mainos-

mm
Carolina Posada Osorio (BEd)
(Licenciada en Educación. Licenciada en Comunicación e Informática educativa) -COLABORADORA. Redactora y divulgadora.

Artículos relacionados

Liekin väritesti