W chemii wiązania kowalencyjne między atomami można podzielić na polarne lub niepolarne w zależności od tego, jak ich wspólne elektrony są rozłożone między dwoma elementami, które trzymają razem.
Polarny kontra niepolarny
Różnica polega na tym, że wiązanie polarne będzie miało nierównomierny rozkład elektronów między dwoma związanymi atomami, podczas gdy wiązanie niepolarne będzie miało równy podział elektronów. To, czy wiązanie między dwoma atomami będzie polarne, czy niepolarne, jest podyktowane stopniem różnicy elektroujemności pierwiastków (znanej jako X), którą można wyjaśnić jako intensywność przyciągania wspólnego elektronu do danego pierwiastka.
Wiązania kowalencyjne polarne i niepolarne, które odnoszą się do sposobu połączenia poszczególnych atomów, nie powinny być mylone z cząsteczkami polarnymi i niepolarnymi, które potencjalnie mogą składać się z wielu różnych atomów i wiązań, zarówno polarnych, jak i niepolarnych.
Tabela porównawcza między wiązaniami polarnymi i niepolarnymi (w formie tabelarycznej)
| Parametr porównania | Obligacje polarne | Obligacje niepolarne |
|---|---|---|
| Wiąże dwa z tego samego elementu | Nie | tak |
| Różnica elektroujemności | 0.5-1.7 | 0-0.4 |
| Wynikowy ładunek cząsteczki | Lekko ujemna z jednej strony i pozytywna z drugiej | Neutralnie naładowana cząsteczka |
| Równe współdzielenie elektronów | Nie | tak |
| Temperatura wrzenia i topnienia | Urozmaicony | Ogólnie bardzo niska |
Co to jest obligacja polarna?
Wiązanie polarne to chemiczne połączenie dwóch pierwiastków o różnicy elektroujemności większej niż 0,4 i mniejszej niż 1,8.
Ujemnie naładowane elektrony są dzielone między dwa połączone atomy (znane jako cząsteczka), jednak różnica w elektroujemności powoduje, że elektrony krążące wokół jąder każdego atomu są nierównomiernie rozłożone między nimi.
Elektrony będą preferencyjnie rozmieszczone wokół jąder atomu o wyższej elektroujemności, na przykład w cząsteczce wody, która składa się z dwóch atomów wodoru (X = 2,2) przyłączonych do boku jednego atomu tlenu (X = 3,44), wspólne elektrony, które tworzą cząsteczkę wody, spędzą dłuższy czas krążąc w jądrach atomów tlenu.
W tym przypadku większa liczba elektronów przyciąganych przez atom tlenu spowoduje, że końcówka tlenowa cząsteczki wody będzie lekko naładowana ujemnie (tzw. moment dipolowy), a końcówki wodorowe będą lekko naładowane dodatnio. Jest to znane jako cząsteczka polarna. Warto zauważyć, że polarne wiązania kowalencyjne nie zawsze prowadzą do powstania cząsteczki polarnej. W wielu przypadkach jest to prawdą, jednak w zależności od geometrycznego rozmieszczenia atomów w danej cząsteczce, różnica w elektroujemności niektórych wiązań polarnych może doprowadzić do wzajemnego znoszenia się. Jednym z przykładów jest cząsteczka dwutlenku węgla (CO2), która zawiera cząsteczkę tlenu przyłączoną do obu końców cząsteczki węgla. Liniowy układ skutkuje ładunkami ujemnymi na obu końcach cząsteczki jest równy i nawet jeśli atom węgla w środku cząsteczki jest naładowany dodatnio, otrzymamy dwa wiązania polarne w jednej niepolarnej cząsteczce.
Co to jest obligacja niepolarna?
Jeśli wiązanie polarne to takie, w którym wspólne elektrony są nierównomiernie rozmieszczone między dwoma atomami, to jest zrozumiałe, że gdy elektrony są równomiernie dzielone między dwoma atomami, powstałe wiązanie jest znane jako niepolarne.
Różnica elektroujemności w niepolarnych wiązaniach kowalencyjnych musi wynosić od 0 do 0,4, aby ujemnie naładowane elektrony były dzielone równomiernie (lub bardzo blisko równomiernego) między dwoma atomami z powodu braku elektromagnetycznego „wyciągania” z któregokolwiek atomu. takie niepolarne wiązania kowalencyjne na ogół występują, gdy atom danego pierwiastka łączy się z innym identycznym pierwiastkiem, na przykład O2 (tlen), H2 (diwodór) i O3 (ozon). Wiązania te uważane są za bardzo silne i wymagają dużych ilości energii do zerwania. Jednak nie zawsze tak jest. Węgiel (X= 2,55) i wodór (X= 2,2) można znaleźć związane ze sobą w ogromnej ilości związków organicznych, a ze względu na niewielką różnicę elektroujemności (0,35) nadal uważane są za wiązania niepolarne. są bardzo ważne w biologii. Życiodajne cząsteczki tlenu i ozonu są możliwe dzięki wiązaniom niepolarnym. Nawet w naszych własnych ciałach mamy ciągi peptydów aminokwasowych, które łączą się ze sobą za pomocą wiązań niepolarnych i pomagają tworzyć nasze DNA.
Główne różnice między wiązaniami polarnymi i niepolarnymi
- W wiązaniach polarnych elektrony będą preferencyjnie kojarzyć się z pierwiastkiem, który ma wyższą elektroujemność, jednak wiązania niepolarne znajdują się między elementami o takich samych lub bardzo podobnych wartościach X, a zatem występują z równym rozkładem elektronów po obu stronach wiązania.
- Gdy elektrony zostaną nierównomiernie rozłożone w wiązaniu polarnym, pojawi się tak zwany moment dipolowy, co powoduje niewielką różnicę w ładunku elektrycznym między dwoma końcami związanych atomów. Jednak moment dipolowy nie występuje w wiązaniach niepolarnych.
- Po momencie dipolowym w wiązaniu polarnym atom o wyższej elektroujemności będzie miał nieco ujemny ładunek ze względu na większą liczbę elektronów, pozostawiając drugi koniec nieco dodatni w porównaniu.
- Można to porównać do wiązań niepolarnych, gdzie mamy zerową lub znikomą różnicę w ładunku ze względu na równomierny rozkład elektronów w łączonych elementach.
- Wiązania niepolarne zwykle występują między elementami, które są albo identyczne, albo bardzo elektroujemnie podobne, co oznacza, że są one bardzo trudne i wymagają dużej ilości energii do oddzielenia, jednak wiązania polarne między różnymi elementami są na ogół łatwiejsze do zerwania.
Wniosek
Na sposób, w jaki elektrony współdzielone poruszają się między różnymi atomami, bezpośrednio wpływa fakt, że wiązanie jest polarne lub niepolarne i przyczynia się do dyktowania charakteru ładunku elektrycznego powstałej cząsteczki. Wiązania polarne powodują wzrost netto elektronów obecność wokół pierwiastka o wyższej elektroujemności, podczas gdy wiązania niepolarne łączą dwa elementy o równej lub bardzo podobnej elektroujemności i dlatego charakteryzują się bardzo równomiernym rozkładem elektronów wokół jąder dwóch atomów.
- https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/i160009a001
- https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4772647
