Vad är ett kemiskt dipolmoment?

När atomerna i en molekyl delar sina elektroner ojämnt skapar de det som kallas ett dipolmoment . Detta fenomen uppstår när en atom är mer elektronegativ än en annan, vilket gör att den atomen attraherar starkare från det delade elektronparet, eller när en atom har ett ensamt elektronpar och skillnaden i elektronegativitet pekar i samma riktning.

Ett av de vanligaste exemplen är vattenmolekylen, som består av en syre- och två väteatomer. Skillnader i elektronegativitet och ensamma elektroner ger syre en partiell negativ laddning och varje väte en partiell positiv laddning.

bindningsdipolmoment

Bindningsdipolmomentet , eller kemiskt dipolmoment , är dipolmomentet mellan enkelbindningen i en diatomisk molekyl, medan det totala dipolmomentet i en polyatomisk molekyl är vektorsumman av alla bindningsdipoler. Således skiljer sig bindningsdipolmomentet från det totala dipolmomentet i polyatomära molekyler. Således beror det totala molekylära dipolmomentet på faktorer som skillnader i atomstorlek, hybridisering av orbitaler och riktningen för de ensamma parets elektroner. Dipolmomentet kan också vara mindre när två motsatta dipolbindningar upphävs.

Inom kemi ges representationen av dipolmomentet lite annorlunda av pilsymbolen (->). Som sagt, dipolmomentet representeras av en pil med ett kryss (+) på ena sidan. Pilsidan anger det negativa tecknet, medan krysssidan (+) anger det positiva tecknet. Här indikerar pilen förskjutningen i elektrondensitet i molekylen.

dipolmomentformel

Definitionen av dipolmomentet kan ges som produkten av storleken på den elektroniska laddningen av molekylen och det internukleära avståndet mellan atomerna i en molekyl och ges av följande ekvation:

Dipolmoment (μ) = Laddning (Q) x Separationsavstånd (d). Det vill säga att (μ) = (Q) x (d)

Där (μ) är bindningsdipolmomentet, Q är storleken på de partiella laddningarna δ ⁺ och δ ^– , och avståndet mellan δ ⁺ och δ ^– .

Å andra sidan mäts dipolmomentet i debye -enheter , representerade av D. Där 1 D= 3,33564 x 10 ^-30 C x m. Här är C = Coulomb och m = meter.

Exempel på hur man beräknar ett dipolmoment

För detta exempel kommer vi att använda vattenmolekylen, som kan användas för att bestämma riktningen och storleken på dipolmomentet. Baserat på elektronegativiteterna för syre och väte är skillnaden 1,2e för var och en av väte-syrebindningarna. Så eftersom syre är den mest elektronegativa atomen har det en större attraktion för delade elektroner; den har också två ensamma elektronpar. Därför kan vi dra slutsatsen att dipolmomentet ligger mellan de två väteatomerna och syreatomen.

Med hjälp av ovanstående ekvation beräknas dipolmomentet till 1,84 D genom att multiplicera avståndet mellan syre- och väteatomerna med skillnaden i laddning mellan dem, och sedan hitta komponenterna för var och en som pekar i riktning mot nettodipolmomentet. (molekylens vinkel är 104,5˚).

Bindningsmomentet för OH-bindningen är 1,5 D, så nettodipolmomentet är:

(μ)= 2(1,5) cos (104,5˚/2) = 1,84D

Användning av dipolmoment

1. För att hitta bindningens polära natur. När storleken på dipolmomentet ökar, ökar också bindningens polära natur. Molekyler med noll dipolmoment är opolära, medan molekyler med noll dipolmoment anses vara polära.
2. Att hitta strukturen (formen) av molekyler. Molekyler med specifika värden för dipolmoment kommer att ha en krökt eller vinkelform och kommer inte att ha en symmetrisk struktur, medan molekyler med noll dipolmoment kommer att ha en symmetrisk form. 
3. För att bestämma procentandelen jonkaraktär hos en bindning. Denna procentandel är mängden elektroner som delas mellan två atomer, där en begränsad delning av elektroner motsvarar en hög procentandel av jonisk karaktär. För att bestämma procentandelen jonkaraktär hos en bindning används atomernas elektronegativitet för att förutsäga fördelningen av elektroner mellan dem.
4. För att hitta molekylers symmetri. Molekyler med två eller flera polära bindningar är inte symmetriska och har ett visst dipolmoment. Exempel: _H2O = 1,84D och CH3CI ₍ metylklorid) = 1,86D. Om liknande atomer i molekylen är fästa vid den centrala atomen med ett resulterande dipolmoment på noll, kommer sådana molekyler att ha symmetriska strukturer. Exempel: CO ₂ (koldioxid) och CH ₄ (metan).
5. Att skilja mellan cis- och transisomerer. I allmänhet är isomeren med det högre dipolmomentet trans-isomeren och isomeren med det lägre dipolmomentet är cis-isomeren.
6. Att skilja mellan orto-, meta- och paraisomerer. Para-isomeren kommer att ha ett dipolmoment noll, medan orto-isomeren kommer att ha ett högre dipolmoment än meta-isomeren.

Referenser

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

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

Fysik och kemi 2:a året av Baccalaureate. Redaktionell Santillana (Spanien) – INVESTIGA Series, 2021. Olika författare