Mi az a kémiai dipólusmomentum?

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

Amikor egy molekulában az atomok egyenlőtlenül osztják meg elektronjaikat, létrehozzák az úgynevezett dipólusmomentumot . Ez a jelenség akkor fordul elő, ha az egyik atom elektronegatívabb, mint a másik, ami azt okozza, hogy az atom erősebben vonzza a megosztott elektronpárt, vagy ha egy atomnak magányos elektronpárja van, és az elektronegativitás különbsége ugyanabba az irányba mutat.

Az egyik leggyakoribb példa a vízmolekula, amely egy oxigén- és két hidrogénatomból áll. Az elektronegativitás és a magányos elektronok különbségei az oxigénnek részleges negatív töltést, minden hidrogénnek részleges pozitív töltést adnak.

kötési dipólusmomentum

A kötés dipólusmomentuma vagy kémiai dipólusmomentuma a kétatomos molekulában lévő egyes kötések közötti dipólusmomentum, míg egy többatomos molekulában a teljes dipólusmomentum az összes kötésdipólus vektorösszege. Így a kötés dipólusmomentuma eltér a többatomos molekulák teljes dipólusmomentumától. Így a teljes molekuláris dipólusmomentum olyan tényezőktől függ, mint az atomi méretbeli különbségek, a pályák hibridizációja és a magányos elektronpárok iránya. A dipólusmomentum kisebb is lehet, ha két ellentétes dipólus kötés megszűnik.

A kémiában a dipólusmomentum ábrázolását a nyíl szimbólum (->) kicsit másképp adja meg. Ennek ellenére a dipólusmomentumot egy nyíl jelöli, amelynek egyik oldalán egy kereszt (+). A nyíl oldala a negatív előjelet, míg a kereszt (+) oldal a pozitív előjelet jelöli. Itt a nyíl jelzi az elektronsűrűség eltolódását a molekulában.

dipólusmomentum ábrázolás
Dipólusmomentum ábrázolás

dipólusmomentum képlet

A dipólusmomentum definíciója a molekula elektrontöltésének nagyságának és a molekula atomjai közötti magközi távolságnak a szorzataként adható meg, és a következő egyenlettel adható meg:

Dipólusmomentum (μ) = Töltés (Q) x Elválasztási távolság (d). Azaz (μ) = (Q) x (d)

Ahol (μ) a kötés dipólusmomentuma, Q a δ + és δ parciális töltések nagysága , valamint a δ + és δ közötti távolság .

Másrészt a dipólusmomentumot debye egységekben mérjük , amelyet D képvisel. Ahol 1 D= 3,33564 x 10 -30 C x m. Itt C = Coulomb és m = méter.

Példa a dipólusmomentum kiszámítására

Ebben a példában a vízmolekulát fogjuk használni, amellyel meghatározhatjuk a dipólusmomentum irányát és nagyságát. Az oxigén és a hidrogén elektronegativitása alapján a különbség mindegyik hidrogén-oxigén kötésnél 1,2e. Tehát, mivel az oxigén a legelektronegatívabb atom, jobban vonzza a megosztott elektronokat; két magányos elektronpárja is van. Ebből arra következtethetünk, hogy a dipólusmomentum a két hidrogénatom és az oxigénatom között van.

A fenti egyenlet felhasználásával a dipólusmomentum 1,84 D-re számítható úgy, hogy az oxigén- és hidrogénatomok távolságát megszorozzuk a köztük lévő töltéskülönbséggel, majd mindegyiknek megkeressük azokat az összetevőket, amelyek a nettó dipólusmomentum irányába mutatnak. (a molekula szöge 104,5˚).

Az OH kötés kötési nyomatéka 1,5 D, tehát a nettó dipólusmomentum:

(μ) = 2 (1,5) cos (104,5˚/2) = 1,84 D

A dipólusmomentum felhasználása

  1. Megtalálni a kötés poláris természetét. A dipólusmomentum nagyságának növekedésével a kötés poláris jellege is növekszik. A nulla dipólusmomentumú molekulák nem polárisak, míg a nulla dipólusmomentumú molekulák polárisnak tekinthetők.
  2. Megtalálni a molekulák szerkezetét (alakját). A meghatározott dipólusmomentum értékekkel rendelkező molekulák íves vagy szögletes alakúak, és nem szimmetrikus szerkezetűek, míg a nulla dipólusmomentumú molekulák szimmetrikus alakúak lesznek. 
  3. Egy kötés ionos karakterének százalékos meghatározása. Ez a százalék a két atom között megosztott elektronok mennyisége, ahol az elektronok korlátozott megosztása az ionos karakter nagy százalékának felel meg. Egy kötés ionos karakterének százalékos meghatározásához az atomok elektronegativitását használjuk az elektronok közötti elektroneloszlás előrejelzésére.
  4. Megtalálni a molekulák szimmetriáját. A két vagy több poláris kötést tartalmazó molekulák nem szimmetrikusak, és bizonyos dipólusmomentummal rendelkeznek. Példa: H 2O = 1,84 D és CH 3 CI (metil-klorid) = 1,86 D. Ha a molekulában hasonló atomok kapcsolódnak a központi atomhoz nulla eredő dipólusmomentummal, akkor az ilyen molekulák szimmetrikus szerkezetűek lesznek. Példa: CO 2 (szén-dioxid) és CH 4 (metán).
  5. A cisz- és transz-izomerek megkülönböztetése. Általában a nagyobb dipólmomentumú izomer a transz-izomer, a kisebb dipólmomentumú izomer pedig a cisz-izomer.
  6. Az orto-, meta- és para-izomerek megkülönböztetése. A para-izomer dipólusmomentuma nulla, míg az orto-izomer nagyobb dipólusmomentumú, mint a meta-izomer.
Szén-dioxid C02
Szén-dioxid C02

Metán CH4
Metán CH4

Hivatkozások

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

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

Fizika és kémia 2. évf érettségi. Szerkesztőség Santillana (Spanyolország) – INVESTIGA sorozat, 2021. Különféle szerzők

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

Artículos relacionados