In che modo la forma molecolare influisce sulla polarità

La polarità si verifica nelle molecole covalenti. I legami covalenti si formano quando due atomi dello stesso elemento o di diversi elementi condividono gli elettroni in modo che ciascun atomo realizzi la sua nobile configurazione di elettroni di gas. Queste molecole covalenti possono essere polari o non polari.

Questo articolo spiega,
     1. Cos'è la polarità
     2. In che modo la forma molecolare influisce sulla polarità
     3. Esempi

Cos'è la polarità

La polarità di una molecola definisce le sue altre proprietà fisiche come il punto di fusione, il punto di ebollizione, la tensione superficiale, la pressione del vapore ecc. In termini semplici, la polarità si verifica quando la distribuzione elettronica in una molecola è asimmetrica. Ciò si traduce in un momento di dipolo netto nella molecola. Un'estremità della molecola viene caricata negativa mentre l'altra riceve una carica positiva.

La ragione principale della polarità di una molecola è l'elettronegatività dei due atomi che partecipano al legame covalente. Nel legame covalente, due atomi si uniscono per condividere una coppia di elettroni. La coppia di elettroni condivisa appartiene ad entrambi gli atomi. Tuttavia, le attrazioni degli atomi verso gli elettroni differiscono da elemento a elemento. Per un esempio l'ossigeno mostra più attrazione verso gli elettroni rispetto all'idrogeno. Questo è chiamato elettronegatività.

Quando i due atomi che partecipano alla formazione del legame hanno una differenza elettronegativa 0.4<, the pair of electrons they share is pulled towards the more electronegative atom. This results in a slight negative charge on the more electronegative atom, leaving a slight positive charge on the other. In such cases, the molecule is considered to be polarized.

Figura 1: molecola di acido fluoridrico

L'F altamente negativo nella molecola HF ottiene una leggera carica negativa mentre l'atomo di H diventa leggermente positivo. Ciò si traduce in un momento di dipolo netto in una molecola.

In che modo la forma molecolare influisce sulla polarità

La polarizzazione di una molecola dipende molto dalla forma della molecola. Una molecola biatomica come l'HF sopra menzionata non ha problemi di forma. Il momento di dipolo netto è dovuto solo alla distribuzione non uniforme degli elettroni tra i due atomi. Tuttavia, quando ci sono più di due atomi coinvolti nel fare un legame, ci sono molte complessità.

Diamo un'occhiata alla molecola d'acqua, che è altamente polare, come esempio.

Figura 2: Molecola dell'acqua

La molecola d'acqua è di forma curva. Pertanto, quando la coppia di elettroni condivisa dall'ossigeno con due atomi di idrogeno viene tirata verso l'ossigeno, il momento di dipolo netto risulta nella direzione dell'atomo di ossigeno. Non c'è altra forza per cancellare il momento di dipolo risultante. Quindi, la molecola d'acqua è altamente polare.

Figura 3: Molecola di ammoniaca

La molecola dell'ammoniaca ha una forma piramidale e l'atomo N elettronegativo tira gli elettroni verso se stesso. I tre legami N-H non sono sullo stesso piano; quindi i momenti di dipolo creati non vengono cancellati. Questo rende l'ammoniaca una molecola polare.

Tuttavia, i momenti di dipolo a volte vengono annullati a causa della forma delle molecole, rendendo la molecola non polare. Il biossido di carbonio è una tale molecola.

Figura 4: Molecola di anidride carbonica

Gli atomi di C e O hanno una differenza di elettronegatività di 1,11 che rende gli elettroni maggiormente polarizzati verso l'atomo di ossigeno. Tuttavia, la molecola di anidride carbonica è di forma lineare planare. Tutti e tre gli atomi si trovano sullo stesso piano con C nel mezzo di due O atomi. Il momento di dipolo di un legame C-O annulla l'altro in quanto sono in due direzioni opposte, rendendo la molecola di anidride carbonica non polare. Anche se la differenza di elettronegatività era sufficiente, la forma gioca un ruolo cruciale nel determinare la polarità della molecola.

Anche la polarità del tetracloruro di carbonio è uno scenario simile.

Figura 5: Molecola di tetracloruro di carbonio

La differenza di elettronegatività tra carbonio e cloro è sufficiente per polarizzare il legame C-Cl. La coppia di elettroni condivisa tra C e Cl è più rivolta agli atomi di Cl. Tuttavia, la molecola di tetracloruro di carbonio è di forma simmetrica al tetraedro, il che si risolve nell'eliminare i momenti di dipolo netto dei legami risultanti in un momento di dipolo netto nullo. Quindi, la molecola diventa non polare.

Cortesia dell'immagine:

1. "Hydrogen-fluoride-3D-vdW" ByBenjah-bmm27- Opera propria ipotizzata (basata su rivendicazioni di copyright) (Dominio pubblico) via Commons Wikimedia
2. "Ammonium-2D" di Lukáš Mižoch - Opera propria (di dominio pubblico) tramite Commons Wikimedia
3. "Diossido di carbonio" (di dominio pubblico) via Commons Wikimedia
4. "Carbon-tetracloruro-3D-palle" (di pubblico dominio) via Commons Wikimedia

Riferimento:

1. "Perché la molecola di tetracloruro di carbonio non è polare eppure i legami in esso contenuti sono polari?" Socratic.org. N., n. Web. 13 febbraio 2017.
2. "L'ammoniaca è polare?" Reference.com. N., n. Web. 13 febbraio 2017.
3. Ophardt, Charles E. "Molecular Polarity." Libro di fumetti virtuale. Elmhurst College, 2003. Web. 13 febbraio 2017.