Momento dipolare come viene calcolato e esempi

Lui Momento dipolare È una proprietà chimica che indica quanto eterogenea le cariche elettriche siano distribuite in una molecola. È espresso in unità Debye, 3,33 · 10^-30 C · m, e di solito i loro valori vanno da 0 a 11 d.

I composti altamente polari tendono ad avere grandi momenti di dipolo; mentre gli apolari, piccoli momenti di dipolo. Più sono polarizzate le cariche elettriche sono in una molecola, maggiore è il suo momento di dipolo; Cioè, ci deve essere una regione ricca di elettroni, Δ- e un altro povero in elettroni, Δ+.

La bozza a due colori funge da analogia a due poli, positiva e negativa, di una molecola con un momento di dipolo marcato. Fonte: Pexels.

Il momento del dipolo, μ, è una grandezza vettoriale, quindi è influenzato dagli angoli dei collegamenti e, in generale, dalla struttura molecolare.

Quando la molecola è lineare, può essere paragonata a una bozza a due colori. Il suo estremità negativo Δ-, corrisponderebbe al colore rosso; Mentre il positivo, Δ+, sarebbe il colore blu. Man mano che le magnitudini dei carichi negativi aumentano nel polo Δ e la distanza che lo separa da Δ+, il momento del dipolo aumenta.

Chimicamente quanto sopra significa che maggiore è la differenza nell'elettronegatività tra due atomi e maggiore è la distanza che li separa, maggiore è il momento di dipolo tra loro.

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Come viene calcolato il momento del dipolo?

È considerato un legame covalente tra due atomi, A e B:

A-B

La distanza tra carichi parziali positivi e negativi è già definita dalla lunghezza del suo collegamento:

A^Δ+-B^Δ-

Perché protoni ed elettroni hanno la stessa grandezza di carica elettrica ma con segni opposti, 1.6 · 10^-19C, questo è quello preso in considerazione quando si valuta il momento di dipolo tra A e B attraverso la seguente equazione:

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μ = Δ ·D

Dove μ è il momento del dipolo, Δ è il carico dell'elettrone senza il segno negativo e D La lunghezza del collegamento espresso in metri. Ad esempio, assumendolo D Ha un valore di 2 Å (1 · 10^-10m) Il momento del dipolo, μA-B sarà:

μA-B = (1.6 · 10^-19C) · (2 ​​· 10^-10M)

= 3.2 · 10^-29Cm

Ma poiché questo valore è molto piccolo, viene utilizzata l'unità Deby:

μ = (3,2 · 10^-29C · m) · (1 d/3.33 · 10^-30 Cm)

= 9.60 d

Questo valore μA-B potrebbe presumere che il collegamento A-B sia più ionico che covalente.

Esempi

Acqua

Momento dipoar di una molecola d'acqua. Fonte: Gabriel Bolívar.

Per calcolare il momento di dipolo di una molecola, è necessario aggiungere tutti i momenti di dipolo dei rispettivi collegamenti, considerando gli angoli dei collegamenti e un po 'di trigonometria. Questo all'inizio.

L'acqua ha uno dei più grandi momenti di dipolo che ci si potrebbe aspettare per un composto covalente. Nell'immagine superiore abbiamo che gli atomi di idrogeno hanno carichi parziali positivi, Δ+, mentre l'ossigeno trasporta il carico parziale negativo, Δ-. Il collegamento O-h è abbastanza polare (1.5d), e ce ne sono due in una molecola H₂O.

In generale, un vettore viene tratto dall'atomo meno elettronegativo (H) al più elettronegativo (O). Sebbene non siano disegnati, sull'atomo di ossigeno ci sono due coppie di elettroni non condivisi, che "concentrano" la regione negativa ancora di più.

A causa della geometria angolare di H₂Oppure, i momenti dipolo si uniscono alla direzione dell'atomo di ossigeno. Si noti che la somma dei due μO-H darebbe 3D (1.5+1.5); Ma non è così. Il momento dell'acqua dipolo ha un valore sperimentale di 1.85d. Ecco l'effetto dell'angolo ravvicinato di 105º tra i collegamenti H-O-H.

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Metanolo

Momento dipoar di una molecola di metanolo. Fonte: Gabriel Bolívar.

Il momento di dipolo del metanolo è 1.69d. È meno dell'acqua. Pertanto, le masse atomiche non hanno troppa influenza nel momento dipolo; Ma le sue radio atomiche. Nel caso del metanolo, non possiamo affermare che il tuo collegamento H-O ha un μ pari a 1.5 D; Dal momento che gli ambienti molecolari sono diversi in Cho₃Oh e h₂O.

Ecco perché dovremmo misurare la lunghezza del collegamento H-O nel metanolo per essere in grado di calcolare μO-H. Ciò che si può affermare è che μO-H è più grande di μc-o.

Il metanolo è catalogato come uno dei solventi più polari che possono essere trovati insieme all'acqua e all'ammoniaca.

Ammoniaca

Momento dipoar di una molecola di ammoniaca. Fonte: Gabriel Bolívar.

I legami H-N sono abbastanza polari, quindi l'azoto seguendo la sua maggiore elettronegatività attira elettroni verso se stessa (immagine superiore). Oltre a ciò, su di lui abbiamo un paio di elettroni non paracarsi, che contribuiscono con i loro carichi negativi alla regione Δ-. Pertanto, le cariche elettriche predominano nell'atomo di azoto ammoniaca.

L'ammoniaca ha un momento di dipolo di 1.42d, meno di quello del metanolo. Se sia l'ammoniaca che il metanolo potessero essere trasformati in bozze, si vede che la bozza del metanolo ha più poli definiti rispetto alla bozza dell'ammoniaca.

Etanolo

Nel caso dell'etanolo, Cho₃Cap₂Oh il tuo momento di dipolo è molto vicino a quello del metanolo, ma tende ad avere valori più bassi. Avendo più atomi di carbonio che compongono la regione Δ+, l'atomo di ossigeno che rappresenta Δ-, inizia a perdere un po 'della sua "intensità negativa relativa".

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Diossido di carbonio

Momento dipoar di una molecola di anidride carbonica. Fonte: Gabriel Bolívar.

L'anidride carbonica ha due legami polari, c = o, con i rispettivi momenti di dipolo μO-C. Tuttavia, come si può vedere nell'immagine superiore, la geometria lineare del CO₂ fa annullare i due μO-C-Cettolmente, anche se il carbonio ha un carico parziale positivo e i carichi parziali di ossigeno negativi.

Per questo motivo, l'anidride carbonica è una molecola apolare, perché μCO₂ ha un valore di 0D.

Metano

Momento dipolare per una molecola di metano. Fonte: Gabriel Bolívar.

Sia il metano che l'anidride carbonica condividono qualcosa in comune: sono molecole altamente simmetriche. In generale, più una molecola simmetrica, meno il suo momento di dipolo sarà.

Se vediamo la molecola di Cho₄, I suoi legami C-H sono polari e gli elettroni sono diretti verso l'atomo di carbonio perché sono leggermente più elettronegativi. Si potrebbe pensare che il carbonio dovrebbe essere una regione Δ altamente negativa; come una bozza con il suo intenso centro rosso e le sue estremità bluastre.

Tuttavia, quando il CHO è diviso₄ A metà otterremmo due metà H-C-H, una a sinistra e l'altra a destra, simile alla molecola H₂O. Pertanto, il momento di dipolo derivante dall'aggiunta di questi due μc-H viene annullato con quello dell'altra metà. E quindi, μch₄ ha un valore di 0D.

Riferimenti

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7. Wikipedia. (2020). Bondpole Moment. Recuperato da: in.Wikipedia.org