Miért poláris molekula a víz?

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

A víz poláris molekula, mert két poláris OH-kötése van, amelyek dipólusmomentumai nem kioltják egymást. Ezek a dipólusmomentumok az oxigén felé mutatnak, és összeadódnak, így a molekulának nettó dipólusmomentumot adnak.

Ez a polaritás felelős a víz számos jellemző tulajdonságáért, beleértve a kémiai reakcióképességét, olvadáspontját és forráspontját, valamint azt a képességét, hogy univerzális oldószerként szolgáljon ionos és poláris oldott anyagokhoz, többek között.

Más szóval, a víz polaritása, mint bármely más molekulé, kötései polaritásának, valamint a molekula geometriájának közvetlen következménye. E két fogalom megértése és a vízmolekulára való vonatkozásuk teljesebb képet ad a molekulák polaritásáról.

Mi az a poláris kötés?

A poláris kötés a kovalens kötés olyan fajtája, amelyben a két atom közül az egyik elektronegatívabb, mint a másik, így a kötés elektronsűrűsége erősebben vonz. Ennek az a következménye, hogy az elektronok nem oszlanak meg egyenlően. Az elektronegatívabb atom részleges negatív töltést kap (a δ- jelöléssel), míg a másik részleges pozitív töltést (a δ+ jelöléssel).

Mindkét részleges töltés egyenlő nagyságú és ellentétes előjelű, így a poláris kötések elektromos dipólusokká alakulnak .

Az, hogy két atom alkot-e poláris kovalens kötést, az elektronegativitásuk különbségétől függ. Ha a különbség túl nagy, akkor a kötés ionos lesz, de ha nagyon kicsi vagy nulla, akkor tiszta kovalens kötés. Végül a kötés poláris kovalens lesz, ha a különbség közepes. Az egyes esetekre vonatkozó határértékeket az alábbi táblázat tartalmazza:

link típusa elektronegativitás különbség Példa
ionos kötés >1.7 NaCl; LiF
poláris kötés 0,4 és 1,7 között OH; HF; NH
nempoláris kovalens kötés <0.4 CH; IC
tiszta kovalens kötés 0 H H; óóó; FF

dipólmomentum

A poláris kötéseket a dipólusmomentum jellemzi. Ezt a vektort a görög μ (mu) betű jelöli, amely a kötés mentén az elektronegatívabb atom irányába mutat. Ennek a vektornak a nagyságát az elválasztott töltés nagyságának, amely arányos az elektronegativitások különbségével, és a két töltés távolságának, vagyis a kötés hosszának szorzata adja.

A dipólusmomentum elengedhetetlen ahhoz, hogy megértsük, miért poláris a víz, mivel egy molekula teljes polaritása az összes dipólusmomentum vektorösszegéből adódik.

molekuláris geometria

A molekula geometriája azt jelzi, hogyan oszlanak meg atomjai a központi atom körül. Például a vízben a központi atom az oxigén, így a molekuláris geometria azt jelzi, hogy a két hidrogénatom hogyan helyezkedik el az oxigén körül.

A molekuláris geometria meghatározásának különböző módjai vannak. A legegyszerűbb a vegyérték-elektronpár taszítás elméletén keresztül valósul meg, amely kimondja, hogy a központi atomot körülvevő elektronpárok (akár kötő, akár magányos elektronpárok) úgy lesznek orientálva, hogy a lehető legtávolabb legyenek egymástól.

Miután meghatároztuk, hogyan oszlanak el az elektronok a központi atom körül, a geometriát úgy határozzuk meg, hogy megnézzük, hol mutatnak a kötések (nem vesszük figyelembe a magányos elektronpárokat).

Miután megértettük ezt a két fogalmat, elemezzük most a vízmolekulát, annak kötéseit és geometriáját:

A vízben lévő OH-kötések poláris kötések.

OH kötés polaritása

A vízben két hidrogénatom kapcsolódik egy oxigénatomhoz. Az oxigén és a hidrogén elektronegativitásbeli különbsége 1,24, ami meglehetősen poláris kötést jelent (lásd a fenti táblázatot). A fenti ábra ennek a kötésnek a dipólusmomentumát szemlélteti. Figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a vektort gyakran a hivatkozás oldalára húzzák a könnyebb megtekintés érdekében; valójában azonban egybeesik az OH-kötéssel, és a hidrogénatommagtól az oxigénatommag felé mutat.

A vízmolekula szöggeometriával rendelkezik

A vízmolekulában az oxigénatom sp 3 hibridizált , és négy pár elektron veszi körül (a két hidrogénkötéspár és két nem megosztott pár). A vegyértékelektronpár taszítás elmélete azt állítja, hogy négy elektronpár mutat egy szabályos tetraéder végei felé. Más szavakkal, a két hidrogénatom a tetraéder négy sarka közül kettő felé mutat, így a vízmolekula szögletes molekulává válik.

A vízmolekula geometriája és miért poláris

A két kötés közötti szögnek 109,5º-os tetraéderes szögnek kell lennie, de a két magányos elektronpár erősebben taszítja a kötő elektronokat, kissé szűkítve a szöget. Az eredmény az, hogy a két OH-kötés a vízben 104,45º-os szöget zár be, amint az a fenti ábrán látható.

Poláris kötések + szöggeometria = poláris molekula

Fontos felismerni azt a tényt, hogy a poláris kötések nem biztosítják, hogy egy molekula poláris legyen. Valójában a szén-dioxidnak két poláris kötése van, de a dipólusmomentumaik kioltják egymást. Emiatt a molekula nem poláris.

Ez nem történik meg a vízmolekulával, mivel nem lineáris, hanem szögletes. Most, hogy világos képünk van a vízmolekula jellemzőiről, továbbléphetünk a molekula nettó dipólusmomentumának meghatározásához. Ez úgy történik, hogy mindkét dipólusmomentumot a molekula tetejére rajzoljuk, majd végrehajtjuk a vektorösszeadást:

Miért poláris molekula a víz?

Az összeadás elvégezhető grafikusan, paralelogramma módszerrel, az előző ábra jobb oldalán látható módon. Amint látható, mindkét dipólusmomentum egy nettó dipólusmomentumot hoz létre, amely a molekula közepén áthaladó oxigén felé mutat.

a víz nettó poláris momentuma

Végső soron ez a nettó dipólusmomentum az oka annak, hogy a víz poláris molekula.

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

Artículos relacionados