Varför är vatten en polär molekyl?

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


Vatten är en polär molekyl eftersom det har två polära OH-bindningar vars dipolmoment inte upphäver varandra. Dessa dipolmoment pekar mot syre och summerar till att ge molekylen ett nettodipolmoment.

Denna polaritet är ansvarig för många av vattnets karakteristiska egenskaper, inklusive en del av dess kemiska reaktivitet, dess smält- och kokpunkter och dess förmåga att fungera som ett universellt lösningsmedel för bland annat joniska och polära lösta ämnen.

Med andra ord är vattnets polaritet, precis som vilken annan molekyl som helst, en direkt konsekvens av polariteten hos dess bindningar, såväl som av molekylär geometri. Att förstå dessa två begrepp och hur de tillämpas på vattenmolekylen kommer att ge en mer fullständig uppfattning om molekylernas polaritet.

Vad är en polär bindning?

En polär bindning är en typ av kovalent bindning där en av de två atomerna är mer elektronegativ än den andra, så att bindningens elektrontäthet attraherar starkare. Konsekvensen av detta är att elektronerna inte delas lika. Den mer elektronegativa atomen får en partiell negativ laddning (identifierad med δ-), medan den andra får en partiell positiv laddning (identifierad med δ+).

Båda partiella laddningarna är lika stora och har motsatt tecken, vilket gör polära bindningar till elektriska dipoler .

Huruvida två atomer bildar en polär kovalent bindning eller inte beror på skillnaden mellan deras elektronegativitet. Om skillnaden är för stor blir bindningen jonisk, men om den är väldigt liten eller noll blir det en ren kovalent bindning. Slutligen kommer bindningen att vara polär kovalent om skillnaden är mellanliggande. Gränserna för varje fall presenteras i följande tabell:

länktyp elektronegativitetsskillnad Exempel
jonbindning >1,7 NaCl; LiF
polär bindning Mellan 0,4 och 1,7 ÅH; HF; NH
opolär kovalent bindning <0,4 CH; IC
ren kovalent bindning 0 H H; åh; FF

dipolmoment

Polära bindningar kännetecknas av dipolmomentet. Detta är en vektor som betecknas med den grekiska bokstaven μ (mu) som pekar längs bindningen i riktning mot den mer elektronegativa atomen. Storleken på denna vektor ges av produkten av storleken på den separerade laddningen, som är proportionell mot skillnaden i elektronegativitet, och avståndet mellan de två laddningarna, det vill säga bindningslängden.

Dipolmomentet är viktigt för att förstå varför vatten är polärt, eftersom en molekyls totala polaritet kommer från vektorsumman av alla dess dipolmoment.

molekylär geometri

En molekyls geometri indikerar hur dess atomer är fördelade runt en central atom. Till exempel i vatten är den centrala atomen syre, så molekylgeometrin indikerar hur de två väteatomerna är orienterade runt syret.

Det finns olika sätt att bestämma molekylär geometri. Det enklaste är genom teorin om valenselektronparrepulsion, som säger att elektronparen som omger den centrala atomen (oavsett om de är bindande eller ensamma elektronpar) kommer att vara orienterade så att de är så långt från varandra som möjligt.

Efter att ha bestämt hur elektronerna är fördelade runt den centrala atomen, bestäms geometrin genom att titta på var bindningarna pekar (utan hänsyn till de ensamma elektronparen).

Efter att ha förstått dessa två begrepp, låt oss nu analysera vattenmolekylen, dess bindningar och dess geometri:

OH-bindningarna i vatten är polära bindningar.

OH-bindningspolaritet

Vatten har två väteatomer bundna till en syreatom. Elektronegativitetsskillnaden mellan syre och väte är 1,24, vilket gör det till en ganska polär bindning (se tabellen ovan). Figuren ovan illustrerar dipolmomentet för denna bindning. Observera att vektorn ofta dras åt sidan av länken för enkel visning; dock sammanfaller den faktiskt med OH-bindningen, som pekar från vätekärnan mot syrekärnan.

Vattenmolekylen har vinkelgeometri

I vattenmolekylen är syreatomen sp 3 hybridiserad och omges av fyra par elektroner (de två vätebindande paren och två odelade par). Valenselektronparets repulsionsteorin säger att fyra par elektroner kommer att peka mot ändarna av en vanlig tetraeder. Med andra ord kommer de två väteatomerna att peka mot två av de fyra hörnen av en tetraeder, vilket gör vattenmolekylen till en vinkelmolekyl.

Vattenmolekylens geometri och varför den är polär

Vinkeln mellan de två bindningarna bör vara en tetraedrisk vinkel på 109,5º, men de två ensamma elektronparen stöter bort bindningselektronerna kraftigare, vilket minskar vinkeln något. Resultatet är att de två OH-bindningarna i vatten bildar en vinkel på 104,45º som visas i figuren ovan.

Polära bindningar + vinkelgeometri = polär molekyl

Det är viktigt att inse det faktum att polära bindningar inte säkerställer att en molekyl är polär. Faktum är att koldioxid har två polära bindningar, men deras dipolmoment tar ut varandra. Av denna anledning är molekylen opolär.

Detta händer inte med vattenmolekylen, eftersom den inte är linjär utan kantig. Nu när vi har en tydlig bild av egenskaperna hos vattenmolekylen kan vi gå vidare till att bestämma molekylens nettodipolmoment. Detta görs genom att rita båda dipolmomenten ovanpå molekylen och sedan utföra vektoradditionen:

Varför är vatten en polär molekyl?

Tillägget kan utföras grafiskt, med hjälp av parallellogrammetoden, som visas på höger sida av föregående figur. Som man kan se producerar båda dipolmomenten ett nettodipolmoment som pekar mot syret som passerar genom molekylens centrum.

netto polärt ögonblick av vatten

I slutändan är detta nettodipolmoment orsaken till att vatten är en polär molekyl.

-Annons-

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

Artículos relacionados

Flamfärgtestet