Características y ejemplo de una molécula polar

El agua es una molécula polar debido a la distribución desigual de electrones y, por lo tanto, se carga a través de la forma de las moléculas. Los lados opuestos de la molécula tienen cargas opuestas.

¿Qué hace que una molécula sea polar?

Los factores que contribuyen a determinar la polaridad de las moléculas son las formas geométricas de las moléculas y el tipo de enlace entre sus átomos.

Cuando los átomos se unen químicamente, transfieren o comparten electrones para unirse y formar una molécula. Si los átomos terminan compartiendo o transfiriendo electrones entre ellos depende de los elementos involucrados en la reacción y la diferencia en su electronegatividad . La electronegatividad es una medida de la tendencia de un átomo a perder electrones o despojar a otros átomos de sus electrones. Los átomos que tienen una electronegatividad alta eliminarán o compartirán de manera desigual los electrones de los átomos que tienen una electronegatividad baja. Además, los átomos que tienen una alta electronegatividad tienen una alta energía de ionización, es decir, se necesita una gran cantidad de energía para despojarlos de sus electrones.

Cuando los átomos se unen químicamente mediante la transferencia de electrones, se denomina enlace iónico. El átomo que pierde un electrón cargado negativamente se convierte en un ion cargado positivamente, mientras que el átomo que gana un electrón extra se convierte en un ion cargado negativamente. Esto da como resultado átomos con carga opuesta y una atracción general entre ellos que forma el enlace iónico. Cuando los átomos comparten electrones entre ellos, se denomina enlace covalente. A veces, los electrones se comparten de manera desigual en un enlace covalente debido a las diferencias en la electronegatividad entre los átomos. Esto puede resultar en un enlace polar-covalente.

Las diferencias de electronegatividad entre átomos son importantes para determinar la polaridad de las moléculas. Los elementos con alta electronegatividad tenderán a desplazar electrones hacia ellos.

Si un átomo tiene altos requisitos de energía de ionización o tiene alta electronegatividad, se determina por la cantidad de carga positiva en sus núcleos en relación con el radio del átomo o la distancia entre el núcleo y sus electrones más externos, o electrones de valencia. Los electrones de valencia son los electrones que se transfieren o comparten dentro de un enlace químico entre átomos. La carga positiva y los electrones de valencia de extracción que experimentan los núcleos del átomo que ocupan es lo que determina si los núcleos de otro átomo pueden forzar una transferencia (ionización) o una distribución desigual (polar-covalente). La carga positiva del núcleo de un átomo se desvanece con la distancia. Los átomos que tienen protones cargados más positivamente en sus núcleos con un radio atómico relativamente pequeño tienden a tener una alta electronegatividad, o una fuerte atracción sobre los electrones de valencia de los átomos con grandes radios atómicos en relación con su número de protones. Los electrones de valencia de un átomo con un radio atómico grande experimentarán una influencia cargada positivamente más fuerte de un átomo con un radio atómico más pequeño simplemente porque la distancia al núcleo del otro átomo es menor. Para que sea más fácil, la tabla periódica de elementos está organizada de una manera que proporciona un patrón o tendencia en la electronegatividad.

La tabla periódica de elementos está organizada de tal manera que facilita encontrar el radio y la electronegatividad de un átomo.

Al observar la tabla periódica de elementos, la electronegatividad aumenta moviéndose desde la parte inferior izquierda a la parte superior derecha de la tabla. Esto excluye el grupo 18 u 8A, ya que elementos como el helio son inertes y no reaccionan ni forman enlaces químicos con otros átomos. La electronegatividad tiende a aumentar moviéndose hacia la derecha a lo largo de un período (o fila) con números atómicos crecientes porque un aumento en los protones es un aumento en la carga positiva. Además, la electronegatividad aumenta moviéndose hacia arriba en un grupo (o columna) con cantidades decrecientes de orbitales de electrones y, por lo tanto, un tamaño decreciente de los radios atómicos. Elementos como nitrógeno, oxígeno, flúor, y el cloro tienen la electronegatividad más alta debido a la cantidad de carga positiva presente en los núcleos de sus átomos en relación con la cantidad de órbitas electrónicas y la distancia entre sus núcleos y sus electrones de valencia. Estos elementos tienden a formar enlaces iónicos con elementos que tienen baja electronegatividad. Si el enlace entre los átomos es iónico o polar-covalente está determinado por la diferencia de electronegatividad entre los átomos.

• Una diferencia de electronegatividad entre dos átomos que es menor de 0.5 da como resultado un enlace covalente no polar.
• Las diferencias de electronegatividad entre dos átomos de 0.5 a 2.0 dan como resultado enlaces polar-covalentes.
• Una diferencia de electronegatividad entre dos átomos que es mayor que 2.0 generalmente resulta en un enlace iónico.

Las diferencias de electronegatividad que dan como resultado enlaces polar-covalentes o iónicos tienen el potencial de hacer que una molécula sea polar. Sin embargo, la forma de la molécula también influye. Si los átomos están unidos iónicamente, o si comparten sus electrones de manera desigual, esto da como resultado que los átomos tengan diferentes cargas eléctricas, positivas o negativas. Sin embargo, estas diferencias en las cargas deben estar en lados opuestos de la molécula para que la molécula sea polar.

Ejemplos de moléculas polares

Las siguientes moléculas son ejemplos de moléculas polares:

• El agua o monóxido de dihidrógeno (H2O) es una molécula polar debido a los enlaces covalentes polares entre dos hidrógenos y un oxígeno. El oxígeno es más electronegativo y, por lo tanto, los electrones se desplazan hacia el lado del oxígeno de la molécula, haciéndola más negativa y el lado del hidrógeno más positivo.
• El fluoruro de hidrógeno (HF) es una molécula polar debido a su enlace covalente polar entre el hidrógeno y el flúor. El flúor es más electronegativo que el hidrógeno y, por lo tanto, los electrones son atraídos más hacia el flúor, lo que hace que el lado de flúor de la molécula tenga carga negativa y el lado de hidrógeno se cargue positivamente.
• El amoníaco (NH3) es una molécula polar en virtud de que su átomo de nitrógeno tiene más electronegatividad que sus tres átomos de hidrógeno. Esto da como resultado que el lado de nitrógeno de la molécula sea negativo y el lado de hidrógeno positivo.

No todos los enlaces covalentes polares dan como resultado una molécula polar, que tiene cargas opuestas en lados opuestos. Además, no todos los enlaces covalentes no polares dan como resultado moléculas no polares . La razón de esto es que la forma de la molécula, o su geometría molecular, también juega un papel en la determinación de la polaridad.

Determinación de la polaridad de una molécula

Lo que en última instancia determina la polaridad de una molécula es la distribución desigual de carga a través de una molécula que da como resultado cargas opuestas en lados separados de la molécula. Por lo tanto, la forma de la molécula y cómo los electrones pueden desplazarse a través de la molécula determinan la polaridad. La mejor manera de explicar esto es proporcionar ejemplos de moléculas no polares.

El dióxido de carbono (CO2) se produce a través de dos átomos de oxígeno unidos de forma polar-covalente a un átomo de carbono entre ellos. Sin embargo, la forma de una molécula de dióxido de carbono es lineal o recta. Aunque los átomos de oxígeno son más electronegativos que el carbono y, por lo tanto, desplazan electrones negativos hacia ellos, el átomo de carbono está en el medio de la molécula. Por lo tanto, cada lado opuesto de la molécula experimenta la misma cantidad de desplazamiento de electrones porque son el mismo tipo de átomo (oxígeno); por lo tanto, no hay dipolo generalmomento o presencia de cargas opuestas en los extremos opuestos de la molécula de dióxido de carbono. El dióxido de carbono es una molécula apolar formada por enlaces covalentes polares. La forma lineal del dióxido de carbono da como resultado su no polaridad. Si el dióxido de carbono tuviera una forma doblada de modo que ambos átomos de oxígeno estuvieran en el mismo lado de la molécula, entonces la molécula sería polar.

El dióxido de carbono tiene una geometría lineal con el mismo tipo de carga en lados opuestos de la molécula, lo que lo hace no polar.

Otro ejemplo son las moléculas de ozono (O3). El ozono es una molécula con una geometría curvada formada por tres átomos de oxígeno unidos mediante enlaces covalentes no polares. Debido a que todos los átomos del ozono son del mismo elemento (oxígeno), todos tienen la misma electronegatividad y, por lo tanto, el desplazamiento de electrones entre ellos no se ve favorecido hacia un átomo en particular. Sin embargo, la distribución de electrones sigue siendo desigual porque el átomo de oxígeno medio comparte sus electrones con otros dos átomos, mientras que esos átomos solo comparten los suyos con uno (el átomo de oxígeno central). Por lo tanto, el átomo de oxígeno en el medio técnicamente tiene más de sus electrones desplazados ligeramente lejos de él, haciendo que el oxígeno del medio esté cargado positivamente mientras que los oxígenos en ambos lados tienen una ligera carga negativa. Por lo tanto,

El ozono cumple los criterios para ser polar aunque esté formado por enlaces covalentes no polares. El átomo de oxígeno del medio tiene más electrones desplazados debido a los dos enlaces a cada lado. Esto da como resultado su carga positiva y la ligera carga negativa de los otros átomos de oxígeno.

Polar vs. Moléculas no polares

En última instancia, lo que difiere entre moléculas polares y no polares es la forma en que los electrones se desplazan a través de la geometría de la molécula. Además, las moléculas polares y apolares interactúan entre sí de manera diferente.

Las moléculas polares deben tener una distribución desigual de electrones a lo largo de su geometría para que se cree un dipolo donde los lados o regiones de la molécula tienen cargas opuestas, donde un lado tiene una carga negativa o ligeramente negativa y el otro lado está cargado positivamente.

Las moléculas no polares pueden tener una distribución desigual de electrones, pero si la geometría de la molécula no resulta en un dipolo, entonces la molécula no es polar. Al igual que en el ejemplo anterior, aunque el dióxido de carbono se forma a partir de enlaces covalentes polares, la distribución desigual de electrones entre los átomos de oxígeno y el átomo de carbono se distribuye uniformemente hacia ambos lados de la geometría lineal para que ninguno de los lados tenga una carga diferente a la del otro. Aunque el átomo de carbono en una molécula de dióxido de carbono tiene una carga positiva y los oxígenos tienen una carga negativa, los átomos de oxígeno están en lados opuestos del carbono, de modo que cada lado tiene la misma carga, sin polaridad.

Además, las moléculas polares y las no polares se pueden diferenciar a través de los tipos de moléculas con las que pueden formar soluciones o disolverse. Las moléculas polares solo pueden disolverse o actuar como disolvente cuando se combinan con otras moléculas polares. Por ejemplo, el agua al ser una molécula polar solo puede disolverse y formar una solución con otras moléculas polares como alcohol, glucosa o etanol. El aceite es apolar y por lo tanto no se disuelve en agua. Sin embargo, el aceite puede disolverse en otras sustancias no polares como la acetona. En pocas palabras, lo similar se disuelve.

Resumen de la lección

En general, una molécula polar es una molécula que experimenta un desplazamiento desigual de electrones a través de la geometría de la molécula de modo que hay un dipolo resultante donde los lados opuestos de la molécula tienen cargas opuestas. Si todos los electrones en órbita cancelan las cargas en la molécula, entonces es una molécula apolar . La polaridad está determinada por la geometría molecular y la distribución desigual de electrones. La distribución desigual de los electrones depende de las diferencias de electronegatividad entre los átomos implicados en el enlace. Los enlaces polar-covalentes y los enlaces iónicos dan como resultado distribuciones desiguales de electrones.

Sin embargo, no todos los enlaces covalentes polares dan como resultado una molécula polar, y no todos los enlaces covalentes no polares dan como resultado una molécula no polar. La geometría de la molécula también puede influir en la distribución desigual de los electrones. Las moléculas polares y no polares son en su mayoría diferentes debido a su geometría. Además, estas moléculas se comportan de manera diferente entre sí. Las moléculas polares solo pueden disolver otras moléculas polares, y las moléculas no polares solo pueden disolver otras moléculas no polares. El agua es polar y, por lo tanto, solo puede disolver otras moléculas polares.