10.4: Moleküler Şekil ve Polarite
Bir Molekülün Dipol Momenti
Polar kovalent bağlar, farklı elektronegatifliklere sahip iki atomu birbirine bağlayarak, elektronlar daha elektronegatif atoma doğru çekildikçe, bir atomu kısmi pozitif (δ+) yüklü ve diğer atomu kısmi negatif (δ–) yüklü bırakarak bırakır. Bu yük ayrımı, bir bağ dipol momentine yol açar. Bir bağ dipol momentinin büyüklüğü, Yunanca mü (µ) harfi ile temsil edilir ve burada gösterilen formülle verilir; burada Q, kısmi yüklerin büyüklüğüdür (elektronegatiflik farkı ile belirlenir) ve r, yükler arasındaki mesafedir: μ = Qr.
Bu bağ momenti, hem yönü hem de büyüklüğü olan bir nicelik olan vektör olarak gösterilebilir. Dipol vektörleri, daha az elektronegatif atomdan daha elektronegatif atoma doğru olan bağ boyunca işaret eden oklar olarak gösterilir. Bağın kısmen pozitif ucunu belirtmek için daha az elektronegatif uca küçük bir artı işareti çizilir. Okun uzunluğu, iki atom arasındaki elektronegatiflik farkının büyüklüğü ile orantılıdır.
Bir Molekülün Kutupluluğunu Belirleyen Faktörler
Tam bir molekül, moleküler yapısına ve bağlarının her birinin polaritesine bağlı olarak bir yük ayrımına da sahip olabilir. Böyle bir yük ayrımı mevcutsa, molekülün bir polar molekül olduğu söylenir; aksi takdirde molekülün polar olmadığı söylenir. Dipol moment, bir bütün olarak moleküldeki net yük ayrımının kapsamını ölçer. Moleküler yapıyı hesaba katarak üç boyutlu uzayda bağ momentlerini toplayarak dipol momentini belirleriz.
İki atomlu moleküller için yalnızca bir bağ vardır, bu nedenle bağ dipol momenti moleküler polariteyi belirler. Br2 ve N2 gibi homonükleer iki atomlu moleküllerin elektronegatiflik açısından hiçbir farkı yoktur, bu nedenle dipol momentleri sıfırdır. CO gibi heteronükleer moleküller için küçük bir dipol momenti vardır. HF için daha büyük bir dipol momenti vardır çünkü elektronegatiflikte daha büyük bir fark vardır.
Bir molekül birden fazla bağ içerdiğinde, geometri dikkate alınmalıdır. Bir moleküldeki bağlar, bağ momentleri birbirini götürecek şekilde düzenlenmişse (vektör toplamı sıfıra eşittir), o zaman molekül polar değildir. CO2'deki durum budur. Bağların her biri kutupludur, ancak molekül bir bütün olarak polar değildir. Lewis yapısından ve VSEPR teorisini kullanarak, CO2 molekülünün karbon atomunun zıt taraflarında polar C=O bağları ile doğrusal olduğunu belirledik. Bağlanma momentleri birbirini götürür çünkü zıt yönlere işaret ederler. Su molekülü durumunda, Lewis yapısı yine bir merkezi atoma iki bağ olduğunu gösterir ve elektronegatiflik farkı yine bu bağların her birinin sıfır olmayan bir bağ momentine sahip olduğunu gösterir. Ancak bu durumda, moleküler yapı O üzerindeki yalnız çiftler nedeniyle bükülür ve iki bağ momenti birbirini götürmez. Bu nedenle, suyun net bir dipol momenti vardır ve bir polar moleküldür (dipol).
Bir OCS molekülünde, yapı CO2'e benzer, ancak bir sülfür atomu oksijen atomlarından birinin yerini alır.
C-O bağı oldukça kutupludur. C ve S çok benzer elektronegatiflik değerlerine sahip olmasına rağmen, S, C'den biraz daha elektronegatiftir ve bu nedenle C-S bağı sadece biraz kutupsaldır. Oksijen sülfürden daha elektronegatif olduğu için molekülün oksijen ucu negatif uçtur.
Klorometan, CH3Cl, üç hafif polar C-H bağı ve daha polar bir C-Cl bağı olan tetrahedral bir moleküldür. Bağlı atomların göreceli elektronegatiflikleri H < C < Cl'dir ve bu nedenle bağ momentlerinin tümü, molekülün Cl ucuna doğru işaret eder ve toplamı önemli bir dipol momenti (moleküller nispeten kutupsaldır) verir.
For molecules of high symmetry such as BF3 (trigonal planar), CH4 (tetrahedral), PF5 (trigonal bipyramidal), and SF6 (octahedral), all the bonds are of identical polarity (same bond moment) .and they are oriented in geometries that yield nonpolar molecules (dipole moment is zero). Molecules of less geometric symmetry, however, may be polar even when all bond moments are identical. For these molecules, the directions of the equal bond moments are such that they sum to give a nonzero dipole moment and a polar molecule. Examples of such molecules include hydrogen sulfide, H2S (nonlinear), and ammonia, NH3 (trigonal pyramidal)
BF3 (trigonal düzlemsel), CH4 (tetrahedral), PF5 (trigonal bipiramidal) ve SF6 (oktahedral) gibi yüksek simetriye sahip moleküller için, tüm bağlar aynı polariteye sahiptir (aynı bağ momenti). Polar olmayan moleküller veren geometrilerde (dipol moment sıfırdır). Bununla birlikte, daha az geometrik simetriye sahip moleküller, tüm bağ momentleri aynı olduğunda bile polar olabilir. Bu moleküller için, eşit bağ momentlerinin yönleri, sıfır olmayan bir dipol moment ve bir polar molekül verecek şekilde toplanacak şekildedir. Bu tür moleküllerin örnekleri arasında hidrojen sülfür, H2S (doğrusal olmayan) ve amonyak, NH3 (üç köşeli piramidal) bulunur
Özetlemek gerekirse, polar olabilmesi için, bir molekülün sahip olması gerekenler:
- En az bir kovalent bağ içermelidir.
- Her bağ dipol momentinin vektörlerinin toplamı birbirini götürmeyecek şekilde moleküler bir yapıya sahip olmalıdır.
Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Section 7.6 Molecular Structure and Polarity.