Dipolo y momento dipolar: polaridad de la molécula

Dipolos

Hablemos de algunos de los misterios del universo. El dióxido de carbono y el agua son moléculas muy comunes en la Tierra. Las moléculas de dióxido de carbono son casi dos veces y media más pesadas que las moléculas de agua, pero el agua es un líquido a temperatura ambiente y el dióxido de carbono es un gas. ¿Qué podría explicar este fenómeno loco?

Comencemos a resolver este problema observando la estructura de estas moléculas y dónde están sus electrones. Los átomos no metálicos como el carbono, el oxígeno y el hidrógeno se unen al compartir electrones en lo que se conoce como enlace covalente . A veces, los electrones se comparten de manera uniforme, otras veces un átomo acapara los electrones. El intercambio desigual de electrones da como resultado la formación de un dipolo. Un dipolose define mejor como una separación de cargas entre dos átomos unidos covalentemente. El átomo que acapara los electrones tendrá una carga negativa parcial, a menudo representada con un delta en minúsculas y un signo negativo. El átomo privado de electrones tendrá una carga positiva parcial, representada con un delta en minúsculas y un signo positivo. Las flechas también se usan comúnmente para indicar un dipolo. La flecha se encuentra paralela al enlace y apunta hacia el átomo con carga parcial negativa.

Los dipolos se determinan examinando los valores de electronegatividad de los átomos enlazados. La electronegatividad es la capacidad de un átomo de atraer electrones hacia sí mismo. En otras palabras, los valores de electronegatividad describen cuán codicioso es un átomo por los electrones. Puede determinar la electronegatividad de un átomo observando un gráfico o utilizando la tendencia general de electronegatividad de la tabla periódica. El átomo más electronegativo en un enlace siempre será el que tenga la carga negativa parcial. Dibuja la flecha dipolo hacia el átomo más electronegativo. Cuando dos elementos tienen la misma electronegatividad, no hay dipolo.

Dibujemos los dipolos para todos los enlaces en dióxido de carbono y agua usando las estructuras de puntos de Lewis. ¿A qué dirección apuntarán las flechas dipolo?

Dipolos

En el caso del dióxido de carbono, tenemos dos dipolos. Según un gráfico de electronegatividad, el oxígeno es más electronegativo que el carbono, por lo que dibujamos nuestros dipolos apuntando del carbono al oxígeno. En el caso del agua, el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, por lo que ambos dipolos apuntan del hidrógeno al oxígeno.

Momentos dipolo

El siguiente paso para resolver nuestro enigma es determinar el momento dipolar. Una molécula tiene un momento dipolar cuando hay una distribución general desigual de electrones en toda la molécula. Los momentos dipolares se ilustran con una flecha masiva que apunta desde el área parcialmente positiva de la molécula hacia el área parcialmente negativa de la molécula.

Desafortunadamente, no se puede simplemente echar un vistazo a la estructura de puntos de Lewis y conocer el momento dipolar. Generalmente, debemos considerar la forma de la molécula y también la presencia de pares solitarios.

Una molécula como el CO2 puede estar compuesta por dos dipolos, pero no tiene momento dipolar. Esto se debe a que la carga se distribuye por igual entre toda la molécula. Cuando las moléculas tienen una distribución de carga uniforme y ningún momento dipolar, entonces son moléculas no polares . El CO2 es una molécula lineal, por lo que nuestros dipolos son simétricos; los dipolos son iguales en magnitud pero apuntan en direcciones opuestas. Generalmente, cuando la distribución dipolar es simétrica, no hay momento dipolar. Para obtener una imagen precisa de esto, debemos visualizar la forma de la molécula. Para una revisión sobre este tema, vea el video sobre la teoría VSEPR.

Algunas moléculas como H2O pueden parecer lineales de acuerdo con su estructura de puntos de Lewis, cuando en realidad están dobladas. Asumir que el H2O es lineal podría llevarnos a pensar que no tiene momento dipolar porque los dipolos parecen tener el mismo tamaño y apuntar en direcciones opuestas.

Momento bipolar

Sin embargo, cuando dibujamos la estructura de H2O como doblada, de repente los dipolos ya no están perfectamente opuestos entre sí. Los dipolos apuntan hacia el oxígeno, lo que indica que el oxígeno está parcialmente cargado negativamente. Los dipolos son iguales en magnitud, por lo que podemos suponer que el momento dipolar biseca perfectamente el espacio entre los hidrógenos, apuntando hacia el oxígeno. Las moléculas que tienen una distribución desigual de carga y un momento dipolar se denominan moléculas polares .

Otra pista de que una molécula es polar es la presencia de pares solitarios. El agua tiene dos conjuntos de pares solitarios de oxígeno, lo que hace que esa área sea particularmente negativa.

Encontrar el momento dipolo

Aquí hay algunos pasos rápidos para determinar el momento dipolar de la molécula:

Paso 1) Obtenga la estructura de puntos de Lewis para la molécula.

Paso 2) Dibuja dipolos para cada enlace. Las flechas dipolo apuntan hacia el elemento más electronegativo.

Paso 3) Predice la geometría de la molécula.

Paso 4) Mira los dipolos. Cancele cualquiera de igual magnitud que apunte en direcciones opuestas.

Paso 5) Determine el momento dipolar. Si todos los dipolos se cancelan, no hay momento dipolar. Si los dipolos no se pueden cancelar, dibuje una flecha grande que apunte en la dirección de la parte más negativa de la molécula de acuerdo con sus dipolos. Este es tu momento dipolar.

Practiquemos con un par de moléculas.

HF – Hidrógeno Flúor

Paso 1) Obtenga la estructura de puntos de Lewis para la molécula.

Paso 2) Dibuja dipolos para cada enlace. Las flechas dipolo apuntan hacia el elemento más electronegativo. Dibujo un dipolo apuntando hacia el flúor.

Paso 3) Predice la geometría de la molécula. La molécula es lineal

Paso 4) Mira los dipolos. Cancele cualquiera de igual magnitud que apunte en direcciones opuestas. Solo hay un dipolo; No puedo cancelarlo.

Paso 5) Determine el momento dipolar. El momento dipolar es el mismo que el del dipolo.

Momento dipolo para HF

CH3Cl

Necesitará la estructura de puntos de Lewis para CH3Cl.

Para cada uno de los enlaces carbono-hidrógeno, dibujo una flecha que apunta hacia el carbono. Para el enlace carbono-cloro, dibujo una flecha que apunta hacia el cloro.

Esta molécula es tetraédrica.

No puedo cancelar mis dipolos, porque ninguno de ellos está perfectamente opuesto entre sí.

Mi momento dipolar debe comenzar entre los tres hidrógenos y apuntar hacia el cloro.

Momento dipolo para CH3Cl

Moléculas polares y no polares

Ahora podemos resolver nuestro misterio desde el comienzo de la lección. Cuando una molécula no tiene momento dipolar, como el CO2, entonces es apolar. Cuando una molécula tiene un momento dipolar como el agua, entonces es polar.

Este asunto de la polaridad es muy importante. Las moléculas polares son como pequeños imanes, con un extremo positivo y un extremo negativo, e interactúan entre sí a través de atracciones magnéticas. Los polos de agua cargados positivamente son atraídos por los polos cargados negativamente de las moléculas de agua vecinas. Este tipo de atracciones entre moléculas se conocen como fuerzas intermoleculares .

Las fuerzas intermoleculares que ocurren entre moléculas polares se conocen como dipolo-dipolo .

Las moléculas no polares no tienen áreas cargadas como las moléculas polares y solo son capaces de formar fuerzas intermoleculares débiles. Estas fuerzas se conocen como Fuerzas de Dispersión de Londres .

Requiere más energía para romper las fuerzas intermoleculares dipolo-dipolo que las fuerzas de dispersión de Londres. Debido a esto, las moléculas polares como el agua tienen puntos de fusión y ebullición más altos que las moléculas no polares como el dióxido de carbono. Aunque las moléculas de dióxido de carbono son más pesadas que las moléculas de agua, el hecho de que el dióxido de carbono sea un gas a temperatura ambiente y el agua sea un líquido se debe a las diferencias de polaridad.

Resumen de la lección

Los enlaces covalentes se producen cuando dos átomos no metálicos comparten electrones.

La electronegatividad es la capacidad de un átomo de atraer electrones hacia sí mismo.

Un dipolo es el intercambio desigual de electrones entre dos átomos que participan en un enlace covalente. Los dipolos se pueden determinar comparando la electronegatividad de los átomos enlazados.

Las flechas se utilizan para indicar dipolos; las flechas apuntan hacia el átomo más electronegativo.

Un momento dipolar ocurre cuando hay una distribución general desigual de electrones a través de una molécula.

El momento dipolar de una molécula se puede predecir observando la estructura de la molécula y la ubicación de los dipolos dentro de la molécula. Cuando una molécula no tiene momento dipolar, será apolar. Una molécula con un momento dipolar será polar.

Los resultados del aprendizaje

Después de revisar esta lección, tendrá la capacidad de:

• Definir enlace covalente, electronegatividad y dipolo
• Explica qué es un momento dipolar y la diferencia entre moléculas polares y no polares.
• Identificar los pasos para encontrar momentos dipolares.
• Describe cómo la polaridad afecta las fuerzas de atracción entre moléculas.