Dipola moments ir ķīmiska īpašība, kas norāda, cik nevienmērīga elektrības izmaksas tiek sadalītas molekulā. To izsaka Debye vienībās, 3,33 · 10–30 C · m, un parasti tā vērtības ir no 0 līdz 11 D.
Ar ļoti polāriem savienojumiem parasti ir lieli dipola momenti; savukārt apolārie - mazi dipola brīži. Jo vairāk polarizētu elektrisko lādiņu atrodas molekulā, jo lielāks ir tās dipola moments; tas ir, jābūt reģionam, kas bagāts ar elektroniem, δ-, un vēl vienam sliktam elektroniem, δ +.
Divkrāsu dzēšgumija kalpo kā analoģija diviem molekulas pozitīvajiem un negatīvajiem poliem ar izteiktu dipola momentu. Avots: Pexels.
Dipola moments μ ir vektora daudzums, tāpēc to ietekmē saišu leņķi un kopumā molekulārā uzbūve.
Kad molekula ir lineāra, to var salīdzināt ar divu krāsu dzēšgumiju. Tā negatīvais gals δ- atbilst sarkanai krāsai; savukārt pozitīvais δ + būtu zils. Palielinoties negatīvo lādiņu lielumam pie δ-pola un attālumam, kas to atdala no δ +, palielinās dipola moments.
Ķīmiski iepriekšminētais nozīmē, ka jo lielāka ir divu atomu elektronegativitātes atšķirība un jo lielāks ir attālums, kas tos atdala, jo lielāks ir dipola moments starp tiem.
Kā tiek aprēķināts dipola moments?
To uzskata par kovalento saiti starp diviem atomiem, A un B:
AB
Attālums starp pozitīvo un negatīvo daļējo lādiņu jau ir noteikts ar to saites garumu:
A δ + -B δ-
Tā kā protoniem un elektroniem ir vienāds elektriskā lādiņa lielums, bet ar pretējām zīmēm, 1,6 · 10–19 C, tas tiek ņemts vērā, novērtējot dipola momentu starp A un B, izmantojot šādu vienādojumu:
μ = δd
Kur μ ir dipola moments, δ ir elektronu lādiņš bez negatīvās zīmes, un d ir saites garums, izteikts metros. Piemēram, pieņemot, ka d vērtība ir 2 Å (1 · 10 –10 m) dipola momenta, μA-B būs:
μA-B = (1,6 10–19 C) (2 10–10 m)
= 3,2 10 -29 C m
Bet tā kā šī vērtība ir ļoti maza, tiek izmantota Debye vienība:
μ = (3,2 · 10–29 C · m) · (1 D / 3,33 · 10–30 C · m)
= 9,60 D
Šī μA-B vērtība varētu dot pieņēmumu, ka saite AB ir vairāk jonu nekā kovalenta.
Piemēri
Ūdens
Ūdens molekulas dipola moments. Avots: Gabriel Bolívar.
Lai aprēķinātu molekulas dipola momentu, visi to attiecīgo saišu dipola momenti jāpievieno vektoriāli, ņemot vērā saites leņķus un nelielu trigonometriju. Tas sākumā.
Ūdenim ir viens no lielākajiem dipola momentiem, ko varētu sagaidīt kovalentam savienojumam. Augšējā attēlā redzams, ka ūdeņraža atomiem ir pozitīvas daļējas lādiņas, δ +, savukārt skābeklim ir negatīva daļēja lādiņa, δ-. OH saite ir diezgan polāra (1,5D), un H 2 O molekulā ir divi no tiem .
Parasti tiek uzzīmēts vektors, kas tiek virzīts no vismazāk elektronegatīvā atoma (H) uz visvairāk elektronegatīvo (O). Lai arī tie nav uzzīmēti, uz skābekļa atoma ir divi nedalīti elektronu pāri, kas vēl vairāk "koncentrē" negatīvo reģionu.
H 2 O leņķiskās ģeometrijas dēļ dipola momenti palielinās skābekļa atoma virzienā. Ņemiet vērā, ka divu μO-H summa dotu 3D (1,5 + 1,5); bet tas nav tā. Ūdens dipola momenta eksperimentālā vērtība ir 1,85D. Šeit parādīts gandrīz 105 ° leņķa starp HOH saitēm efekts.
Metanols
Metanola molekulas dipola moments. Avots: Gabriel Bolívar.
Metanola dipola moments ir 1,69D. Tas ir mazāk nekā ūdenī. Tāpēc atomu masām nav lielas ietekmes uz dipola momentu; bet to atomu rādiuss ir. Metanola gadījumā mēs nevaram teikt, ka tā HO saitei ir μ, kas vienāds ar 1,5D; kopš, molekulārie vide ir atšķirīgi CH 3 OH un H 2 O.
Tāpēc bija jāmēra HO saites garums metanolā, lai aprēķinātu μO-H. Var teikt, ka μO-H ir lielāks nekā μC-O, jo atšķirība starp oglekli un skābekli ir mazāka nekā starp ūdeņradi un skābekli.
Metanols ir minēts kā viens no polārākajiem šķīdinātājiem, ko var atrast kopā ar ūdeni un amonjaku.
Amonjaks
Amonjaka molekulas dipola moments. Avots: Gabriel Bolívar.
HN saites ir diezgan polāras, tāpēc slāpeklis, pateicoties tā augstākajai elektronegativitātei, piesaista elektronus pret sevi (augšējais attēls). Bez tam uz tā mums ir nedalīts elektronu pāris, kas negatīvo lādiņu rada δ-reģionā. Tāpēc amonjaka slāpekļa atomā dominē elektriskie lādiņi.
Amonjaka dipola moments ir 1,42D, mazāks nekā metanolā. Ja gan amonjaku, gan metanolu varētu pārveidot par dzēšgumijām, būtu redzams, ka metanola dzēšgumija ir precīzāk definēti, salīdzinot ar amonjaka dzēšgumiju.
Etanols
Gadījumā, etanola, CH 3 CH 2 OH, tā dipola moments ir ļoti tuvu, ka no metanola, bet tai ir tendence ir zemākas vērtības. Tā kā ir vairāk oglekļa atomu, kas veido δ + reģionu, skābekļa atoms, kas apzīmē δ, sāk zaudēt daļu no tā “relatīvās negatīvās intensitātes”.
Oglekļa dioksīds
Oglekļa dioksīda molekulas dipola moments. Avots: Gabriel Bolívar.
Oglekļa dioksīdam ir divas polārās saites, C = O, ar attiecīgajiem dipola momentiem μO-C. Tomēr, kā redzams attēlā iepriekš, CO 2 lineārā ģeometrija liek diviem μO-C savstarpēji atcelt vektoru pat tad, ja ogleklim ir pozitīva daļēja lādiņa un skābekļiem ir negatīvas daļējas lādiņas.
Šī iemesla dēļ oglekļa dioksīds ir apolāra molekula, jo μCO 2 vērtība ir 0D.
Metāns
Dipola moments metāna molekulai. Avots: Gabriel Bolívar.
Gan metānam, gan oglekļa dioksīdam ir kaut kas kopīgs: Tās ir ļoti simetriskas molekulas. Kopumā, jo simetriskāka ir molekula, jo mazāks ir tās dipola moments.
Ja skatāmies uz CH 4 molekulu , tad tās CH saites ir polāras, un elektroni ir vērsti uz oglekļa atomu, jo tas ir nedaudz vairāk elektronegatīvs. Varētu domāt, ka ogleklim jābūt ļoti negatīvam δ-reģionam; kā dzēšgumija ar dziļi sarkanu centru un zilganiem galiem.
Tomēr, sadalot CH 4 uz pusēm, mēs iegūtu divas HCH puses, vienu pa kreisi un otru labajā, līdzīgi kā H 2 O molekulai.Tādēļ dipola moments, kas rodas, pievienojot šos divus μC-H, atceltos ar otro pusīti. Tāpēc μCH 4 vērtība ir 0D.
Atsauces
- Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
- Valters J. Mūrs. (1963). Fizikālā ķīmija. Ķīmiskajā kinētikā. Ceturtais izdevums, Longmans.
- Ira N. Levine. (2009). Fizikāli ķīmijas principi. Sestais izdevums, 479.-540. Lpp. Mc Graw Hill.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2020. gada 29. janvāris). Dipola mirkļa definīcija. Atgūts no: domaco.com
- Bībers Maiks. (2019. gada 29. septembris). Dipola mirkļi. Ķīmija LibreTexts. Atgūts no: chem.libretexts.org
- LaRita Viljamsa. (2020). Dipola mirklis: definīcija, vienādojums un piemēri. Pētījums. Atgūts no: study.com
- Wikipedia. (2020). Obligācijas dipola moments. Atgūts no: en.wikipedia.org