Ta primerjava razlaga razlike in podobnosti med polarnimi in nepolarnimi molekulami v kemiji, pri čemer se osredotoča na porazdelitev elektronov, obliko molekul, dipole, medmolekulske sile, fizikalne lastnosti ter tipične primere, da pojasni, kako polarnost vpliva na kemijsko obnašanje.
Poudarki
Molekule s polarnostjo imajo neenakomerno porazdelitev elektronov, ki ustvarja delne naboje.
Nepolarne molekule imajo uravnotežen naboj in nimajo izrazitih polov.
Oblika in simetrija molekule določata, ali je molekula kot celota polarna.
Polariteta vpliva na topnost, vrelišče in medmolekulske sile.
Kaj je Polarna molekula?
Molekula z neenakomerno porazdelitvijo naboja, ki ustvarja izrazite pozitivne in negativne pole.
Definicija: Molekula z neenakomerno porazdelitvijo elektronov
Dipol: Ima neto dipolni moment
Struktura: Pogosto asimetrične oblike
Interakcije: Močnejše medmolekulske sile, kot so dipolne interakcije
Tipične lastnosti: Višje vrelišče in tališče kot nepolarne spojine
Kaj je Nepolarna molekula?
Molekula z uravnotejeno porazdelitvijo naboja brez izrazitih pozitivnih ali negativnih polov.
Molekula z enakomerno porazdeljenimi elektroni
Dipol: Ni skupnega dipolnega momenta
Struktura: Pogosto simetrična po obliki
Medsebojne interakcije: šibkejše medmolekulske sile, kot so Londonove razpršilne sile
Tipične lastnosti: Nižja vrelišča in tališča kot polarne snovi
Primerjalna tabela
Funkcija
Polarna molekula
Nepolarna molekula
Porazdelitev naboja
Neravnomerna porazdelitev elektronov, ki ustvarja delne naboje
Tudi elektroni brez delnih nabojev
Dipolni moment
Prisotna (neničelna)
Brez (nič)
Molekularna oblika
Pogosto asimetrične
Pogosto simetrične
Medmolekulske sile
Močnejše interakcije
Šibkejše Londonove disperzijske sile
Obnašanje topnosti
Meša se s polarnimi topili
Meša se z nepolarnimi topili
Tipične vrelišča/talilne točke
Povprečno višje
Povprečno nižje
Primeri
Voda, amonijak, etanol
Metan, kisik, ogljikov dioksid
Podrobna primerjava
Porazdelitev naboja in polarnost
Molekule s polarno naravo imajo neenakomerno porazdelitev elektronov med atomi, kar povzroči, da je eno območje rahlo pozitivno, drugo pa rahlo negativno. Nasprotno imajo nepolarne molekule bolj enakomerno porazdeljene elektrone, zato v molekuli ni stalnih pozitivnih ali negativnih koncev.
Molekulska geometrija
Ali ali molekula končno polarna, ni odvisno le od vezi, temveč tudi od celotne oblike molekule. Simetrična razporeditev atomov lahko izniči posamezne polaritete vezi, zaradi česar je molekula nepolarna, četudi vsebuje polarne vezi. Pri asimetričnih oblikah neenakomerno privlačenje ne izniči, kar povzroči neto dipolni moment.
Medmolekulske sile
Polarne molekule medsebojno delujejo z močnejšimi silami, kot so dipol-dipol privlačnost in včasih vodikove vezi, ki zahtevajo več energije za premagovanje. Nepolarne molekule večinoma medsebojno delujejo preko šibkejših Londonovih razpršilnih sil, ki izhajajo iz začasnih sprememb v porazdelitvi elektronov.
Fizikalne lastnosti
Ker polarne molekule imajo močnejše privlačne sile, običajno potrebujejo več toplote za ločitev, kar pogosto povzroča višje vrelišča in tališča v primerjavi z nepolarnimi molekulami podobne velikosti. Nepolarne molekule z šibkejšimi medmolekularnimi silami običajno prehajajo med fazami pri nižjih temperaturah.
Topnost in kemijsko obnašanje
Polarne molekule se običajno raztapljajo in dobro interagirajo z drugimi polarnimi snovmi zaradi komplementarnih interakcij nabojev. Nepolarne molekule se bolj verjetno raztapljajo v nepolarnih okoljih. Ta princip, pogosto izražan kot »podobno se raztaplja v podobnem«, pomaga napovedati, kako se snovi mešajo in ločujejo v raztopinah.
Prednosti in slabosti
Polarna molekula
Prednosti
+Močnejše interakcije
+Visoka topnost v polarnih topilih
+Višje vrelišče/tališče
+Izrazito dipolno vedenje
Vse
−Omejena topnost v nepolarnih topilih
−Pogosto asimetrična struktura
−Lahko je zapleteno napovedati
−Občutljivo na molekularno geometrijo
Nepolarna molekula
Prednosti
+Preprosta simetrija
+Topen v nepolarnih medijih
+Nižje vrelišče/tališče
+Brez izrazitih polov
Vse
−Šibke medmolekulske sile
−Slaba topnost v polarnih topilih
−Nižja vrelišča/talilna točka
−Manjše interakcije na osnovi naboja
Pogoste zablode
Mit
Če ima molekula polarne vezi, mora biti sploh polarna.
Resničnost
Molekula lahko ima polarne vezi, a je kljub temu nepolarna, če je njena oblika simetrična, kar povzroči, da se posamezni dipolni momenti vezi medsebojno izničijo in posledično nima skupnega dipolnega momenta.
Mit
Nepolarne molekule nikoli ne interagirajo s polarnimi snovmi.
Resničnost
Nepolarne molekule lahko interagirajo s polarnimi snovmi pod določenimi pogoji, zlasti kadar jim pri tem pomagajo molekule, ki posredujejo v interakciji, čeprav se po navadi najbolje mešajo z drugimi nepolarnimi snovmi.
Mit
Vsi ogljikovodiki so polarni, ker vsebujejo ogljik in vodik.
Resničnost
Večina preprostih ogljikovodikov je nepolarnih, ker imata ogljik in vodik podobno elektronegativnost, kar vodi do uravnotežene delitve elektronov in brez pomembne ločitve naboja.
Mit
Polarne molekule se vedno raztapljajo v vodi.
Resničnost
Medtem ko se številne polarne molekule raztapljajo v vodi, topnost prav tako odvisna od specifične strukture in sposobnosti tvorbe interakcij z vodo; ne vsaka polarna molekula je zelo vodotopna.
Pogosto zastavljena vprašanja
Kateri kriterij določa, ali je molekula polarna ali nepolarna?
Molekula je polarna glede na to, kako so elektroni porazdeljeni med atomi in na celotno geometrijo molekule. Neenakomerna porazdelitev elektronov v kombinaciji z asimetrično obliko vodi do polarne molekule z izrazitimi delnimi naboji, medtem ko enakomerna porazdelitev in simetrija vodita do nepolarne molekule brez skupnega dipola.
Kako polarnost vpliva na vrelišče molekule?
Polarne molekule imajo običajno višja vrelišča kot nepolarne molekule podobne velikosti, ker njihove dipolne interakcije in morebitno vodikovo vezanje zahtevata več energije za prekinitev, kar upočasni prehod iz tekočega v plinasto stanje.
Zakaj se polarne in nepolarne snovi slabo mešajo?
Polarne molekule se privlačijo zaradi razlik v nabojih, medtem ko se nepolarne molekule privlačijo s šibkejšimi začasnimi silami; ti različni tipi interakcij naredijo mešanje polarnih in nepolarnih snovi energetsko neugodno, kar pojasnjuje, zakaj se olje in voda ločita.
Ali lahko ima molekula s polarnimi vezmi skupno nepolaren značaj?
Da, če je oblika molekule simetrična, se lahko učinki posameznih polarnih vezi med seboj izničijo, tako da molekula nima skupnega dipolnega momenta in je kljub prisotnosti polarnih vezi nepolarna.
Kaj pomeni dipolni moment?
Dipolni moment opisuje ločitev pozitivnega in negativnega naboja znotraj molekule. Neničelni dipolni moment kaže na pole znotraj molekule in s tem polarnost, ničelni dipolni moment pa kaže na uravnotežen naboj in nepolarnost.
Ali so plini bolj verjetno polarne ali nepolarne?
Številne preproste plinaste molekule, zlasti homonuklearne dvoatomne, kot sta kisik in dušik, so nepolarne, ker imajo enakomerno porazdelitev elektronov. Vendar pa lahko nekateri plini z polarnimi vezmi in asimetrično obliko so polarni.
Kako izbor topila vpliva na polarnost molekul?
Polarna topila običajno raztapljajo polarne topljence, ker prihaja do podobnih interakcij nabojev, medtem ko nepolarna topila raztapljajo nepolarne topljence zaradi združljivih medmolekulskih sil; to povzema načelo »podobno raztaplja podobno«.
Ali polarna ali nepolarna molekula ogljikov dioksid?
Ogljikov dioksid je v splošnem nepolarna molekula, saj kljub prisotnosti polarnih vezi njena linearna oblika povzroči, da se posamezni dipolni momenti vezi izničijo, kar ne pušča nobene neto ločitve naboja.
Ocena
Polarne molekule se ločijo po neenaki porazdelitvi elektronov in močnejših medmolekulskih interakcijah, kar vpliva na njihovo obnašanje v topilih in fizikalnih stanjih. Nepolarne molekule imajo uravnotežen naboj in šibkejše privlačne sile, zato so primernejše za okolja brez močne polaritete. To razvrstitev izberite glede na molekularno geometrijo in elektronegativnost, da razumete kemijsko obnašanje.