Charakterystyczne molekuły apolarne, jak je zidentyfikować i przykłady

The molekuły apolarne są to te, które prezentują w swojej strukturze symetryczny rozkład ich elektronów. Jest to możliwe, jeśli różnica elektroujemności jego atomów jest mała lub jeśli elektronowe ujemne atomy lub grupy anulują swoje działanie w cząsteczce.

Nie zawsze „apolarność” jest absolutna. Z tego powodu cząsteczki polarności polarnej są czasami uważane za niepolarne; to znaczy, że ma moment dipolarny μ bliski 0. Tutaj wchodzi się w teren względnego: jak niska musi być μ dla cząsteczki lub związku, które mają być uznane za apolar?

Aby lepiej rozwiązać problem, masz cząsteczkę trifluorku boru, BF₃ (górne zdjęcie).

Atom fluoru jest znacznie bardziej elektroujemny niż atom boru, a zatem wiązania B-F są polarne. Jednak cząsteczka BF₃ jest symetryczny (płaszczyzna trygonalna) i wiąże się z anulowaniem wektora trzech momentów B-F.

W ten sposób powstają również molekuły apolarne, nawet przy istnieniu wiązań polarnych. Wygenerowana biegunowość może być zrównoważona przez istnienie innego ogniwa polarnego o tej samej wielkości co poprzednie, ale zorientowanego w przeciwnym kierunku; jak to się dzieje w BF₃.

Indeks

• 1 Charakterystyka cząsteczki apolarnej
  • 1.1 Symetria
  • 1.2 Elektroujemność
  • 1.3 Siły międzycząsteczkowe
• 2 Jak je zidentyfikować?
• 3 Przykłady
  • 3.1 Gazy szlachetne
  • 3.2 Cząsteczki okrzemkowe
  • 3.3 Węglowodory
  • 3.4 Inne
• 4 odniesienia

Charakterystyka cząsteczki niepolarnej

Symetria

Aby efekty wiązań polarnych mogły się wzajemnie anulować, cząsteczka musi mieć pewną strukturę geometryczną; na przykład liniowy, najłatwiejszy do zrozumienia na pierwszy rzut oka.

Tak jest w przypadku dwutlenku węgla (CO₂), który ma dwa ogniwa polarne (O = C = O). Wynika to z faktu, że dwa dipolarne momenty ogniw C = O znoszą się nawzajem, gdy są zwrócone w jedną stronę, a drugie w kierunku drugiego, pod kątem 180 °.

Dlatego jedną z pierwszych cech branych pod uwagę przy ocenie „apolarności” cząsteczki jako oka ptaka jest obserwacja jej symetryczności..

Załóżmy, że zamiast CO₂ masz cząsteczkę COS (O = C = S), zwaną siarczkiem karbonylu.

Teraz nie jest już cząsteczką apolarną, ponieważ elektroujemność siarki jest mniejsza niż tlenu; i dlatego moment dipolowy C = S jest różny od momentu C = O. W rezultacie COS jest cząsteczką polarną (jak polarna jest mąka z innego worka).

Dolny obraz podsumowuje w sposób graficzny wszystko, co zostało właśnie opisane:

Należy zauważyć, że moment dipolowy wiązania C = S jest mniejszy niż moment wiązania C = O w cząsteczce COS.

Elektroujemność

Elektroujemność w skali Paulinga ma wartości między 0,65 (dla fransów) i 4,0 (dla fluoru). Ogólnie, halogeny mają wysoką elektroujemność.

Gdy różnica elektroujemności pierwiastków tworzących wiązanie kowalencyjne jest mniejsza lub równa 0,4, mówi się, że jest niepolarna lub niepolarna. Jednak jedynymi prawdziwie niepolarnymi cząsteczkami są cząsteczki utworzone przez połączenia między identycznymi atomami (takimi jak wodór, H-H).

Siły międzycząsteczkowe

Aby substancja rozpuszczała się w wodzie, musi oddziaływać elektrostatycznie z cząsteczkami; interakcje, których molekuły niepolarne nie mogą wykonać.

W molekułach niepolarnych ich ładunki elektryczne nie są ograniczone na jednym końcu cząsteczki, ale rozmieszczone symetrycznie (lub jednorodnie). Dlatego nie jest w stanie oddziaływać poprzez siły dipol-dipol.

Natomiast cząsteczki niepolarne oddziałują ze sobą poprzez siły dyspersyjne Londynu; są to natychmiastowe dipole, które polaryzują chmurę elektronową atomów sąsiadujących cząsteczek. Tutaj masa cząsteczkowa jest dominującym czynnikiem we właściwościach fizycznych tych cząsteczek.

Jak je zidentyfikować?

-Być może jedną z najlepszych metod identyfikacji molekuły apolarnej jest jej rozpuszczalność w różnych polarnych rozpuszczalnikach, która jest w nich ogólnie słabo rozpuszczalna.

-Ogólnie rzecz biorąc, molekuły apolarne mają charakter gazowy. Mogą także tworzyć niemieszalne ciecze z wodą.

-Ciało stałe apolarne charakteryzuje się miękkością.

-Siły dyspersji, które utrzymują je razem, są na ogół słabe. Z tego powodu ich temperatury topnienia lub wrzenia wydają się być niższe niż w przypadku związków o polarnym charakterze.

-Cząsteczki apolarne, zwłaszcza w postaci płynnej, są słabymi przewodnikami elektryczności, ponieważ nie mają ładunku elektrycznego netto.

Przykłady

Gazy szlachetne

Chociaż nie są to cząsteczki, gazy szlachetne są uważane za niepolarne. Zakładając, że przez dwa krótkie okresy czasu dwa jego atomy oddziałują wzajemnie, He-He, to oddziaływanie można uznać za (połowę) jako cząsteczkę; cząsteczka, która byłaby niepolarna w naturze.

Cząsteczki okrzemkowe

Cząsteczki okrzemkowe, takie jak H₂, Br₂, ja₂, Cl₂, O₂, i F₂, są niepolarne. Mają one wzór ogólny A₂, A-A.

Węglowodory

A gdyby A było grupą atomów? Byłoby to przed innymi związkami niepolarnymi; na przykład etan, CH₃-CH₃, którego szkielet węglowy jest liniowy, C-C.

Metan, CH₄, i etan, C₂H₆, są molekułami apolarnymi. Węgiel ma elektroujemność 2,55; podczas gdy elektroujemność wodoru wynosi 2,2. Dlatego też istnieje wektor dipolowy o niskiej intensywności, zorientowany od wodoru do węgla.

Ale ze względu na geometryczną symetrię cząsteczek metanu i etanu suma wektorów dipolowych lub momentów dipolowych w ich cząsteczkach wynosi zero, więc nie ma ładunku netto na cząsteczkach.

Zasadniczo dzieje się tak w przypadku wszystkich węglowodorów, a nawet gdy występują w nich nienasycenia (wiązania podwójne i potrójne), są one uważane za związki niepolarne lub o niskiej polarności. Podobnie, cykliczne węglowodory są cząsteczkami niepolarnymi, takimi jak cykloheksan lub cyklobutan..

Inni

Cząsteczki dwutlenku węgla (CO₂) i dwusiarczek węgla (CS)₂) są molekułami niepolarnymi, obie o geometrii liniowej.

W dwusiarczku węgla elektroujemność węgla wynosi 2,55, podczas gdy elektroujemność siarki wynosi 2,58; aby oba elementy miały praktycznie taką samą elektroujemność. Nie ma generacji wektora dipolowego i dlatego ładunek netto wynosi zero.

Ponadto mamy następujące cząsteczki CCl₄ i AlBr₃, oba niepolarne:

W tribromku glinu, AlBr₃ zdarza się tak samo jak z BF₃, na początku artykułu. Tymczasem dla czterochlorku węgla, CCl₄, geometria jest czworościenna i symetryczna, ponieważ wszystkie ogniwa C-Cl są równe.

Podobnie cząsteczki o wzorze ogólnym CX₄ (CF₄, CI₄ i CBr₄), są również niepolarne.

I wreszcie molekuła apolarna może mieć nawet geometrię oktaedryczną, jak w przypadku sześciofluorku siarki, SF₆. W rzeczywistości może mieć dowolną geometrię lub strukturę, o ile jest symetryczna, a jej dystrybucja elektroniczna jest jednorodna.

Referencje

1. Carey F. A. (2008). Chemia organiczna Kwasy karboksylowe. (Szósta edycja). Mc Graw Hill.
2. Cedrón J., Landa V., Robles J. (2011). Biegunowość cząsteczek. Źródło: corinto.pucp.edu.pe
3. Tutor Vista. (2018). Cząsteczka niepolarna. Źródło: chemistry.tutorvista.com
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (28 stycznia 2019). Przykłady cząsteczek polarnych i niepolarnych. Źródło: thinkco.com
5. Kurtus R. (19 września 2016 r.). Cząsteczki polarne i niepolarne. Szkoła dla mistrzów. Źródło: school-for-champions.com
6. Ganong W. (2004). Fizjologia medyczna Edycja 19^ª. Od redakcji Modern Manual.