DIPOLIO MOMENTAS: KAIP JIS APSKAIČIUOJAMAS IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Dipolio momentas yra cheminė savybė, kuri rodo, kaip netolygiai elektros mokesčiai platinami molekulės. Jis išreiškiamas Debye vienetais, 3,33 · ^10–30 C · m, ir paprastai jo vertės svyruoja nuo 0 iki 11 D.

Labai poliniai junginiai turi didelius dipolio momentus; o apoliniai - maži dipolio momentai. Kuo poliarizuotos molekulės elektriniai krūviai, tuo didesnis jos dipolio momentas; y., turi būti sritis, kurioje gausu elektronų, δ-, o kita - skurdžių elektronų, δ +.

Dviejų spalvų trintukas naudojamas kaip analogija dviem teigiamam ir neigiamam molekulės poliams, turintiems pažymėtą dipolio momentą. Šaltinis: Pexels.

Dipolio momentas, μ, yra vektoriaus kiekis, todėl jį veikia jungčių kampai ir apskritai molekulinė struktūra.

Kai molekulė yra tiesinė, ją galima palyginti su dviejų spalvų trintuku. Jo neigiamas galas δ- atitiktų raudoną spalvą; o teigiamas δ + būtų mėlynas. Didėjant neigiamų krūvių dydžiui δ-pole ir didėjant atstumui, kuris jį skiria nuo δ +, padidėja dipolio momentas.

Chemiškai tai reiškia, kad kuo didesnis dviejų atomų elektronegatyvumo skirtumas ir kuo ilgesnis atstumas juos skiria, tuo didesnis dipolio momentas tarp jų.

Kaip apskaičiuojamas dipolio momentas?

Tai laikoma kovalentine jungtimi tarp dviejų atomų A ir B:

AB

Atstumas tarp teigiamų ir neigiamų dalinių krūvių jau yra apibrėžtas jų jungties ilgiu:

A ^{δ +} -B ^δ-

Kadangi protonai ir elektronai turi tą patį elektrinio krūvio dydį, tačiau su priešingais ženklais, 1,6 · ^10–19 C, į tai atsižvelgiama vertinant dipolio momentą tarp A ir B, naudojant šią lygtį:

μ = δd

Kur μ yra dipolio momentas, δ yra elektrono krūvis be neigiamo ženklo, o d - jungties ilgis, išreikštas metrais. Pavyzdžiui, darant prielaidą, kad d reikšmė yra 2 Å (1 · 10 ^–10 m), dipolio momentas, μA-B bus:

μA-B = (1,6 ^10–19 C) (2 ^10–10 m)

= 3,2 ^10–29 C m

Bet kadangi ši vertė yra labai maža, naudojamas „Debye“ vienetas:

μ = (3,2 · ^10–29 C · m) · (1 D / 3,33 · ^10–30 C · m)

= 9,60 D

Ši μA-B vertė gali leisti manyti, kad jungtis AB yra daugiau joninė nei kovalentinė.

Pavyzdžiai

Vanduo

Vandens molekulės dipolio momentas. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Norint apskaičiuoti molekulės dipolio momentą, visi jų atitinkamų jungčių dipolio momentai turi būti sudėti vektoriniu būdu, atsižvelgiant į jungties kampus ir šiek tiek trigonometrijos. Tai pradžioje.

Vanduo turi vieną didžiausių dipolio momentų, ko galima tikėtis kovalentiniam junginiui. Viršutiniame paveikslėlyje matome, kad vandenilio atomai turi teigiamus dalinius krūvius δ +, o deguonis turi neigiamą dalinį krūvį δ-. OH jungtis yra gana polinis (1.5D), ir yra du iš jų pasitelkiant H ₂ O molekulės .

Paprastai brėžiamas vektorius, nukreiptas iš mažiausiai elektroneigiamo atomo (H) į labiausiai elektroneigiamąjį atomą (O). Nors jie nėra nubrėžti, deguonies atome yra dvi poros neplautų elektronų, kurie dar labiau „sukoncentruoja“ neigiamą sritį.

Dėl kampinės H ₂ O geometrijos dipolio momentai didėja deguonies atomo kryptimi. Atkreipkite dėmesį, kad dviejų μO-H suma duotų 3D (1,5 + 1,5); bet ne taip. Vandens dipolio momento eksperimentinė vertė yra 1,85D. Čia parodytas beveik 105 ° kampo tarp HOH jungčių poveikis.

Metanolis

Metanolio molekulės dipolio momentas. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Metanolio dipolio momentas yra 1,69D. Tai mažiau nei vanduo. Todėl atominės masės nedaro didelės įtakos dipolio momentui; bet jų atominiai spinduliai yra. Metanolio atveju negalime sakyti, kad jo HO jungties μ yra lygus 1,5D; nes, molekulinės aplinka yra skirtingi CH ₃ OH ir H ₂ O.

Štai kodėl norint apskaičiuoti μO-H, reikia išmatuoti HO jungties ilgį metanolyje. Galima pasakyti, kad μO-H yra didesnis nei μC-O, nes anglies ir deguonies elektronegatyvumo skirtumas yra mažesnis nei vandenilio ir deguonies.

Metanolis yra nurodytas kaip vienas poliškiausių tirpiklių, kurį galima rasti kartu su vandeniu ir amoniaku.

Amoniakas

Amoniako molekulės dipolio momentas. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

HN jungtys yra gana polinės, todėl azotas dėl didesnio elektronegatyvumo traukia elektronus į save (viršutinis vaizdas). Be to, ant jo mes turime neplatinamą elektronų porą, kuri savo neigiamą krūvį sukuria δ-regionui. Todėl azoto amoniako atome vyrauja elektriniai krūviai.

Amoniako dipolio momentas yra 1,42D, mažesnis nei metanolio. Jei tiek amoniakas, tiek metanolis galėtų būti paversti trintukais, būtų matyti, kad metanolio trintukas turi labiau apibrėžtus polius, palyginti su amoniako trintuku.

Etanolis

Etanolio, CH ₃ CH ₂ OH atveju, jo dipolio momentas yra labai panašus į metanolio momentą, tačiau jo vertės paprastai yra mažesnės. Kadangi yra daugiau anglies atomų, sudarančių δ + sritį, deguonies atomas, atstovaujantis δ, pradeda prarasti dalį savo „santykinio neigiamo intensyvumo“.

Anglies dvideginis

Anglies dioksido molekulės dipolio momentas. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Anglies dioksidas turi du polinius ryšius, C = O, su atitinkamais dipolio momentais μO-C. Tačiau, kaip matyti iš aukščiau pateikto paveikslo, dėl tiesinės CO ₂ geometrijos du μO-C atšaukia vienas kitą vektoriniu būdu, net jei anglies dalinis krūvis yra teigiamas, o deguonies dalinis krūvis neigiamas.

Dėl šios priežasties anglies dioksidas yra apoliarinė molekulė, nes μCO ₂ vertė yra 0D.

Metanas

Metano molekulės dipolio momentas. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Tiek metanui, tiek anglies dioksidui yra kažkas bendro: Tai labai simetriškos molekulės. Apskritai, kuo simetriškesnė molekulė, tuo mažesnis jos dipolio momentas.

Jei pažvelgtume į CH ₄ molekulę , jos CH ryšiai būtų poliniai, o elektronai būtų nukreipti į anglies atomą, nes ji yra šiek tiek elektronegatyvesnė. Galima manyti, kad anglis turi būti labai neigiamas δ regionas; kaip trintukas, kurio giliai raudonas centras ir melsvi galai.

Tačiau padaliję CH ₄ per pusę, gautume dvi HCH dalis, vieną kairėje, kitą dešinėje, panašias į H ₂ O molekulę . Taigi dipolio momentas, atsirandantis pridedant šiuos du μC-H, bus panaikintas. su antrąja puse. Todėl μCH ₄ vertė yra 0D.

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
2. Walteris J. Moore'as. (1963). Fizikinė chemija. Cheminėje kinetikoje. Ketvirtasis leidimas, Longmansas.
3. Ira N. Levine. (2009). Fizikochemijos principai. Šeštas leidimas, 479–540 psl. Mc Graw Hill.
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2020 m. Sausio 29 d.). Dipolio akimirkos apibrėžimas. Atgauta iš: thinkco.com
5. Blaberis Mike'as. (2019 m. Rugsėjo 29 d.). Dipolio akimirkos. Chemija „LibreTexts“. Atkurta iš: chem.libretexts.org
6. LaRita Williams. (2020). Dipolio akimirka: apibrėžimas, lygtis ir pavyzdžiai. Tyrimas. Atgauta iš: study.com
7. Vikipedija. (2020). Obligacijos dipolio momentas. Atkurta iš: en.wikipedia.org