Trenutak dipol je kemijsko svojstvo koje pokazuje koliko je heterogeno električni naboji se distribuiraju u molekuli. Izražava se u Debye jedinicama, 3,33 · 10 -30 C · m, a općenito se njegove vrijednosti kreću od 0 do 11 D.
Visoko polarni spojevi imaju velike dipolne momente; dok su apolarni, mali dipolni trenuci. Što su električniji naboji polarizirani u molekuli, veći je i njen dipolni moment; to jest, mora postojati područje bogato elektronima, δ-, a drugo siromašno elektronima, δ +.
Brisač u dvije boje služi kao analogija dvama polima, pozitivnim i negativnim, molekule s obilježenim dipolnim momentom. Izvor: Pexels.
Moment dipola, μ, je vektorska količina, pa na njega utječu kutovi veza i općenito molekularna struktura.
Kad je molekula linearna, može se usporediti s dvobojnom gumicom. Njegov negativni kraj δ-, odgovarao bi crvenoj boji; dok bi pozitivna, δ +, bila plava. Kako se jačine negativnih naboja na δ-polustu povećavaju, a udaljenost koja ga razdvaja od δ +, dipolni trenutak raste.
Kemijski, gore navedeno znači da što je veća razlika u elektronegativnosti dva atoma i što je veća udaljenost koja ih razdvaja, to je veći i dipolni trenutak između njih.
Kako se izračunava moment dipola?
Smatra se kovalentnom vezom između dva atoma, A i B:
AB
Udaljenost između pozitivnih i negativnih djelomičnih naboja već je definirana duljinom njihove veze:
A δ + −B δ-
Budući da protoni i elektroni imaju istu veličinu električnog naboja, ali sa suprotnim znakovima, 1,6 · 10 -19 C, to se uzima u obzir pri procjeni dipolnog momenta između A i B pomoću sljedeće jednadžbe:
μ = δd
Gdje je μ moment dipola, δ je naboj elektrona bez negativnog znaka, a d je duljina veze izražena u metrima. Na primjer, ako pretpostavimo da d ima vrijednost 2 Å (1 · 10 -10 m) dipolni trenutak, μA-B će biti:
μA-B = (1.6 10 -19 C) (2.10 -10 m)
= 3,2 10 -29 C m
No kako je ova vrijednost vrlo mala, koristi se Debye jedinica:
μ = (3,2 · 10 -29 C · m) · (1 D / 3,33 · 10 -30 C · m)
= 9,60 D
Ova vrijednost μA-B može dati pretpostavku da je veza AB više ionska nego kovalentna.
Primjeri
Voda
Dipolni trenutak molekule vode. Izvor: Gabriel Bolívar.
Da bi se izračunao dipolni moment molekule, svi dipolni momenti njihovih odgovarajućih veza moraju se dodati vektorski, uzimajući u obzir kutove veze i malo trigonometrije. Ovo u početku.
Voda ima jedan od najvećih dipolnih trenutaka koji se može očekivati za kovalentni spoj. Na gornjoj slici imamo da atomi vodika imaju pozitivne parcijalne naboje, δ +, dok kisik nosi negativan parcijalni naboj, δ-. OH veza je vrlo polarna (1.5D), a tu su dva od njih u H 2 O molekule.
Obično se crta vektor koji je usmjeren od najmanje elektronegativnog atoma (H) do najviše elektronegativnog (O). Iako nisu uvučeni, na atomu kisika postoje dva para neobrijanih elektrona koji još više "koncentriraju" negativno područje.
Zbog kutnog geometriji H 2 O, dipol trenucima dodati smjeru atoma kisika. Imajte na umu da bi zbroj dva μO-H dao 3D (1,5 + 1,5); ali nije tako. Vrijednost dipola vode ima eksperimentalnu vrijednost 1,85D. Ovdje je prikazan učinak približnog kuta od 105 ° između HOH veza.
metanol
Dipolni trenutak molekule metanola. Izvor: Gabriel Bolívar.
Dipolni moment metanola je 1,69D. Manje je nego vode. Prema tome, atomske mase nemaju mnogo utjecaja na dipolni trenutak; ali njihovi su atomski radijusi. U slučaju metanola ne možemo reći da njegova HO veza ima μ jednak 1,5D; od, molekularna okruženja su različite u CH 3 OH i H 2 O.
Zbog toga se duljina HO veze u metanolu mora mjeriti da bi se izračunao μO-H. Ono što se može reći jest da je μO-H veći od μC-O, budući da je razlika u elektronegativnosti između ugljika i kisika manja nego između vodika i kisika.
Metanol je naveden kao jedno od najpolarnijih otapala koja se mogu naći zajedno s vodom i amonijakom.
Amonijak
Dipolni trenutak molekule amonijaka. Izvor: Gabriel Bolívar.
HN veze su prilično polarne, tako da dušik zbog veće elektronegativnosti privlači elektrone prema sebi (gornja slika). Pored toga, na sebi imamo neobrijani par elektrona, koji doprinose svojim negativnim nabojima δ-regiji. Zbog toga na dušikovom atomu amonijaka prevladavaju električni naboji.
Amonijak ima dipolni trenutak 1,42D, manje od metanola. Ako bi se i amonijak i metanol mogli pretvoriti u gumice za brisanje, vidjelo bi se da gumica za metanol ima više definiranih polova u odnosu na gumicu za amonijak.
etanol
U slučaju etanola, CH 3 CH 2 OH, njegov dipolni moment je vrlo blizu da metanola, ali obično imaju niže vrijednosti. Kako ima više atoma ugljika koji čine δ + područje, atom kisika koji predstavlja δ- počinje gubiti neki svoj "relativni negativni intenzitet".
Ugljični dioksid
Dipolni trenutak molekule ugljičnog dioksida. Izvor: Gabriel Bolívar.
Ugljični dioksid ima dvije polarne veze, C = O, s njihovim odgovarajućim dipolnim trenucima μO-C. Međutim, kao što se može vidjeti na gornjoj slici, linearna geometrija CO 2 uzrokuje da se dva µO-C međusobno vektro otkazuju, čak i kad ugljik ima pozitivan parcijalni naboj, a kisikovi imaju negativne parcijalne naboje.
Iz tog razloga, ugljični dioksid je nepolarna molekula, jer μCO 2 ima vrijednost 0D.
Metan
Dipolni trenutak za molekulu metana. Izvor: Gabriel Bolívar.
I metan i ugljični dioksid imaju nešto zajedničko: To su vrlo simetrične molekule. Općenito, više je simetrična molekula manji i njen je dipolni trenutak.
Ako promatramo CH 4 molekulu, njegovi CH veze su polarne i elektroni su usmjereni na ugljikovim atomom, kao što je nešto više elektro. Moglo bi se pomisliti da bi ugljik trebao biti izrazito negativan δ-region; poput gumice s dubokim crvenim središtem i plavkastim krajevima.
Međutim, dijeljenjem CH 4 na pola da bi se dobila dva HCH polovice, jedan na lijevoj strani, a drugi na desnoj strani, slično H 2 O molekule. Prema tome, dipolnog momenta rezultat dodavanja ove dvije μC-H će poništiti s drugom polovicom. I zato, μCH 4 ima vrijednost 0D.
Reference
- Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
- Walter J. Moore. (1963). Fizička kemija. U Kemijskoj kinetici. Četvrto izdanje, Longmans.
- Ira N. Levine. (2009). Načela fizikohemije. Šesto izdanje, str. 479-540. Mc Graw Hill.
- Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (29. siječnja 2020.). Definicija trenutka dipola. Oporavilo od: misel.com
- Blaber Mike. (29. rujna 2019.). Dipolni trenuci. Kemija LibreTexts. Oporavak od: chem.libretexts.org
- LaRita Williams. (2020). Dipolni trenutak: definicija, jednadžba i primjeri. Studija. Oporavilo od: study.com
- Wikipedia. (2020). Dipolni trenutak za obveznicu. Oporavilo sa: en.wikipedia.org