Moment dipolowy moment dipolowy wiązania, moment dipolowy cząsteczki, sposoby określania momentu dipolowego cząsteczki, wartość momentów dipolowych dla wybranych drobin, przykładowe zadania z rozwiązaniem.

Moment dipolowy wiązana μ [Cm] Asymetryczny rozkład ładunku wywołuje powstanie momentu dipolowego elektrycznego – iloczyn (wektorowy) ładunku i odległości na jaką ten ładunek jest przesunięty: μ = | q | · l gdzie (q – cząstkowy ładunek elektryczny w kulombach [C], l odległość miedzy środkami ciężkości ładunków elektrycznych w metrach [m] jednostką momentu dipolowego jest kulombometr [C∙m] lub debaj (1D = 3,333·10-30Cm). Moment dipolowy wiązania – miara przesunięcia elektronów tworzących wiązanie chemiczne w kierunku jądra pierwiastka bardziej elektroujemnego w heterocząsteczkach

Moment dipolowy cząsteczki μcz Moment dipolowy cząsteczki – suma wektorowa momentów dipolowych poszczególnych wiązań. wiązanie kowalencyjne spolaryzowane, pary elektronowe niewiążące, δ+, δ- cząstkowe ładunki elektryczne wektor momentu dipolowego na wiązaniu (δ+ δ-), suma wektorów momentów dipolowych Oδ- Hδ+ δ+H μ≠0 Oδ- δ+H Hδ+

Sposób określania momentu dipolowego wybranych cząsteczek CCl4 CO2 CH3Cl NH3 μcz = O μcz = O μcz ≠ O Cδ+ Clδ- Cδ+ Hδ+ Clδ- Nδ- Hδ+ Cδ+ Oδ- C H Cl C Cl C O N H

Cząsteczka polarna – dipolowa Moment dipolowy wiązania nie jest równoznaczny z momentem dipolowym cząsteczki: cząsteczki CO2, SO3, CH4, CCl4 są apolarne / niepolarne / nie są dipolami, chociaż momenty dipolowe wiązań są różne od zera (μw ≠ 0), jednak rozkład ładunku elektrycznego jest symetryczny – momenty dipolowe wiązań są przeciwnie skierowane i znoszą się (μcz = 0), cząsteczki H2O, H2S mają budowę kątową – momenty dipolowe wiązań (μw ≠ 0) nie znoszą się , cząsteczka ma niesymetryczny rozkład ładunków elektrycznych są dipolami / polarne (μcz ≠ 0) .

Cząsteczka polarna – dipolowa Cząsteczki dwuatomowe heterojądrowe (HF, HCl, HBr, HI) posiadają trwałe elektryczne momenty dipolowe – są dipolami (μw ≠ 0 i μcz ≠ 0). Cząsteczka NH3 ma budową czworościanu: moment dipolowy na wiązaniu N – H jest różny od zera (μw ≠ 0 ), dzięki wolnej parze elektronowej na atomie N rozkład ładunków elektrycznych jest asymetryczny / niesymetryczny, suma wektorowa momentów dipolowych wiązań jest różna od zera (μcz ≠ 0), cząsteczka jest dipolem - cząsteczką polarną.

Momenty dipolowe wybranych drobin Wzór drobiny μ [C ∙ m] Wzór drobiny H2O 6,184 SO2 5,447 CH3-OH 5,671 NH3 4,907 SO3 0,000 C2H5-OH 5,637 H2S 3,236 SeO2 8,739 C6H5-OH 4,083 HF 6,091 CO 0,367 H-CHO 7,779 HCl 3,636 CO2 CH3-CHO 9,173 HBr 2,759 CH4 H-COOH 4,703 O3 1,781 CH3F 6,198 CH3-COOH N2O 0,537 CH2F2 6,598 C6H5-NO2 14,076 NO 0,530 CHF3 5,507 C6H5-NH2 3,769 N2O3 7,078 CH3Cl 6,311 CH3-NH2 4,370 NO2 1,054 CH3Br 6,078 C2H5-NH2 4,069 [C ∙ m] = μ ∙ 10-30 H3C-CO-CH3 9,607

Przykładowe zadania z momentem dipolowym Wyznaczony doświadczalnie moment dipolowy może być wykorzystany do obliczenia przybliżonego % udziału wiązań jonowych w drobinie. Do obliczenia stosuje się iloraz wyznaczonego eksperymentalnie momentu dipolowego (μ) danej cząsteczki do wartości teoretycznego momentu dipolowego (e0 ∙ l) hipotetycznej cząsteczki zbudowanej z jonów o takiej samej długości wiązania:

Zad.1- obliczenie % udziału wiązań jonowych Oblicz procentowy udział wiązań jonowych w cząsteczce HF, jeżeli moment dipolowy cząsteczki wyznaczony doświadczalnie wnosi μ = 1,98 D, a długość wiązania l = 0,92 Å Dane do zadania: μ = 1,98 D = 1,98 D ∙ 3,33 ∙ 10-30 C ∙ m / D = 6,59 ∙10-30 C ∙ m l = 0,92 Å = 92 pm = 92 ∙ 10-12 m 1Å = 10-10m = 100 pm, 1 pm = 10-12 m 1 c0 = 1,602 ∙ 10-19 C Rozwiązanie – obliczenie % udziału wiązań jonowych Uwaga: ∆E, jak i również zastosowanie wyrażenia % = 16 ∙ | xF – xH | + 3,5 ∙ | xF – xH |2 nie wskazuje na właściwy charakter wiązań w cząsteczce HF, nie jest on związkiem jonowym.

Zadanie 2- obliczenie % udziału wiązań jonowych Oblicz procentowy udział wiązań jonowych w cząsteczce KBr, jeżeli moment dipolowy cząsteczki wyznaczony doświadczalnie wnosi μ = 35,45 ∙ 10-30 C∙ m , a długość wiązania l = 282 pm Dane do zadania: μ = 35,45 ∙1 0-30 C ∙ m l = 282 ∙ 10-12 m 1 c0 = 1,602 ∙ 10-19 C Rozwiązanie – obliczenie % udziału wiązań jonowych Uwaga: ∆E szacuje na ok. 63% wiązań jonowych, natomiast zastosowanie wyrażenia % = 16 ∙ | xK – xBr | + 3,5 ∙ | xK – xBr |2 daje przybliży udział wiązań jonowych 46%.