1.8 : Geometria molekularna i momenty dipolowe

Teorię VSEPR można zastosować do określenia geometrii elektronowej i struktur molekularnych w następujący sposób:

Zapisz strukturę Lewisa cząsteczki lub jonu wieloatomowego.

1-Policz liczbę grup elektronów (samotnych par i wiązań) wokół atomu centralnego. Wiązanie pojedyncze, podwójne lub potrójne liczy się jako jeden obszar gęstości elektronowej.

2-Zidentyfikuj geometrię elektronową na podstawie liczby grup elektronowych.

3-Użyj liczby samotnych par, aby określić strukturę molekularną. Jeśli możliwy jest więcej niż jeden układ wolnych par 4-i wiązań chemicznych, wybierz taki, który zminimalizuje odpychanie.

Moment dipolowy cząsteczki

Kiedy atomy o różnej elektroujemności tworzą wiązanie, elektrony są przyciągane w stronę atomu bardziej elektroujemnego, pozostawiając jeden atom z częściowym ładunkiem dodatnim (δ+), a drugi z częściowym ładunkiem ujemnym (δ–). Takie wiązania nazywane są polarnymi wiązaniami kowalencyjnymi, a rozdzielenie ładunku powoduje powstanie momentu dipolowego wiązania. Wielkość momentu dipolowego wiązania jest oznaczana grecką literą µ i wyrażana wzorem:

μ = Qr

gdzie Q jest wielkością ładunków cząstkowych (określoną przez różnicę elektroujemności), a r jest odległością między nimi. Momenty dipolowe są powszechnie wyrażane w debajach, gdzie jeden debaj jest równy 3,336 × 10^-30C·m.

Moment dipolowy wiązania jest wektorem reprezentowanym przez strzałkę skierowaną wzdłuż wiązania od atomu mniej elektroujemnego do atomu bardziej elektroujemnego, z małym znakiem plus na mniej elektroujemnym końcu.

Cała cząsteczka może również mieć rozdzielony ładunek, w zależności od jej struktury molekularnej i polarności każdego z jej wiązań. Mówi się, że takie cząsteczki są polarne. Moment dipolowy mierzy stopień separacji ładunków netto w cząsteczce jako całości. W cząsteczkach dwuatomowych moment dipolowy wiązania określa polarność molekularną.

Jeżeli cząsteczka zawiera więcej niż jedno wiązanie, należy wziąć pod uwagę geometrię. Jeśli wiązania w cząsteczce są ułożone w taki sposób, że suma wektorów momentów ich wiązań wynosi zero, wówczas cząsteczka jest niepolarna (np. ₂). Cząsteczka wody ma wygiętą strukturę molekularną, a momenty dwóch wiązań nie znoszą się. Dlatego woda jest cząsteczką polarną z wypadkowym momentem dipolowym.

Ten tekst jest adaptacją Openstax, Chemistry 2e, Section 7.6 Molecular Structure and Polarity.