Sie haben wahrscheinlich schon einmal gehört, dass Moleküle etwas haben, das Polarität genannt wird. Zum Beispiel ist Wasser ein polares Molekül, während Kohlendioxid ein unpolares Molekül ist. Was ist mit Schwefeldioxid, ist es polar oder unpolar? Schwefeldioxid gilt als polares Molekül.
Was genau bedeutet es, ein armes Molekül zu sein? Welche Eigenschaften hat Schwefeldioxid, die es zu einem polaren Molekül machen? Um dies herauszufinden, gehen wir die Definition der Polarität durch und schauen uns die Eigenschaften eines Schwefeldioxidmoleküls an.
Was ist Polarität?
Wenn Sie an Pole denken, denken Sie zuerst an den Südpol und den Nordpol der Erde. Dies sind die oberen und unteren Bereiche der Erde. Ähnlich wie die Erde können Moleküle Polarregionen haben, aber diese Polarregionen sind positiver und negativer Natur. Sie sind die Enden der Moleküle, die entweder eine negative Ladung oder eine positive Ladung haben, ähnlich wie eine Batterie ein negatives Ende und ein positives Ende hat.
„Nichts existiert außer Atomen und leerem Raum; alles andere ist Meinung.“ – Demokrit
Da Moleküle aus Atomen bestehen, sind diese Atome miteinander verbunden, um Abschnitte zu erzeugen, die eine insgesamt positive Ladung oder eine insgesamt negative Ladung haben. Wenn ein Atom unterschiedliche Bereiche positiver Ladung und negativer Ladung aufweist – wenn es sowohl negative als auch positive Regionen innerhalb des Moleküls gibt – ist das Molekül polar. Wenn das Molekül keine Regionen hat, die sich in der Ladung unterscheiden, wird das Molekül als unpolar angesehen.
Beispiele für polare und unpolare Moleküle
Als Beispiel für ein polares Molekül werfen wir einen Blick auf Wasser. Wasser ist eines der bekanntesten polaren Moleküle, und seine Struktur ist dafür verantwortlich, dass das Molekül polar ist. Wassermoleküle bestehen aus einem Sauerstoffatom mit leicht negativer Ladung und zwei Wasserstoffatomen mit leicht positiver Ladung. Dies bedeutet, dass Wasser ein polares Molekül ist.
Betrachten Sie als Beispiel für ein unpolares Molekül Ethan – eine chemische Formel von C2H6. Einer der Gründe, warum Ethan ein unpolares Molekül ist, ist, dass das Molekül eine symmetrische Struktur aufweist. Symmetrische Strukturen in Molekülen helfen dem Molekül, eine gleichmäßige Verteilung der Elektronegativität beizubehalten, obwohl dies nicht unbedingt garantiert, dass ein Molekül unpolar ist. Im Fall von Ethan gibt es jedoch wenig bis gar keinen Unterschied in den Mengen an Elektronegativität, die zwischen den Kohlenstoffatomen und den Wasserstoffatomen bestehen, und wenig Unterschied in der Elektronegativität, die zwischen den beiden Kohlenstoffatomen gefunden wird.Die meisten alkalischen Elemente haben eine ähnliche Struktur wie C2H6, und aus diesem Grund wird typischerweise gesagt, dass alkalische Elemente unpolar sind. Chemie hat ein Konzept, das oft als „wie löst sich wie“ zusammengefasst wird. Dies bedeutet, dass ein Molekül eine größere Löslichkeit aufweist, wenn es sich in einer ähnlichen Substanz befindet. Polare Substanzen lösen sich leichter auf, wenn sie mit anderen polaren Molekülen kombiniert werden, und unpolare Substanzen lösen sich leichter auf, wenn sie mit anderen unpolaren Substanzen kombiniert werden.
Wie Regionen von Molekülen polar oder unpolar werden
Die Elektronen in Molekülen werden ständig herumgezogen. Das bedeutet, dass sich die Elektronen innerhalb eines Moleküls immer verschieben und die Polarität eines Moleküls durch die Verschiebung eines Satzes von Elektronen beeinflusst wird. Wenn sich Elektronen in die eine oder andere Richtung bewegen, erhält das Molekül im Bereich dieses Elektrons eine positive oder negative Ladung. Was beeinflusst, wie Elektronen verschoben werden, sind die Bindungen zwischen Molekülen. Diese chemischen Bindungen enthalten auch Elektronen, und sie können auch Polarität haben.
Wenn die Atome, aus denen eine chemische Bindung besteht, unterschiedlich sind, ist die Bindung zwischen den beiden Atomen polar. Dies liegt daran, dass, wenn zwei verschiedene Atome eine Bindung eingehen, die Kerne der jeweiligen Atome unterschiedliche Elektroneneinfangfähigkeiten haben und sich die Positionen der Elektronen innerhalb der Bindung verschieben. Wenn jedoch zwei Atome desselben Typs eine Bindung bilden, verschieben sich die Elektronen innerhalb der Bindung, da die Zugkraft jedes Atoms äquivalent ist und die Elektronen, die jedes Atom besitzt, dort bleiben, wo sie sind.
„Ich muss gestehen, dass ich auf den Begriff Atom neidisch bin; denn obwohl es sehr leicht ist, von Atomen zu sprechen, ist es sehr schwierig, sich eine klare Vorstellung von ihrer Natur zu machen.“ – Michael Faraday
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Das Atom, das die größere Fähigkeit hat, Elektronen zu sich selbst zu ziehen, wird eine erhöhte Anzahl von Elektronen um sich herum haben, es wird insgesamt eine etwas negativere Ladung haben und das Endergebnis ist ein Bereich der Bindung, der positiv ist und ein Teil der Bindung, der negativ ist, wodurch die Bindung in der Natur polar wird. Sie können sich dies auch als Elektronen vorstellen, die Teil einer polaren Bindung sind, die an einem Ende der Bindung oder einem anderen Ende konvergiert und. In jedem Fall wird es einen Teil der Bindung geben, der eine etwas positivere Ladung hat, und einen Teil der Bindung, der eine leicht negative Ladung hat.
Wie die Struktur eines Atoms seine Polarität beeinflusst
Es ist zwar verlockend zu folgern, dass ein Molekül umso wahrscheinlicher polar ist, je mehr negative Atome es hat, dies ist jedoch nicht immer der Fall. Als Beispiel für ein Molekül mit mehr negativen Bindungen, das unpolar ist, betrachten Sie Kohlendioxid. Kohlendioxid hat ein Kohlenstoffmolekül und zwei Sauerstoffmoleküle und die Bindungen, die das Molekül erzeugen, können auf diese Weise dargestellt werden:
O = C = O
Man muss nicht nur die Gesamtzahl der Bindungen und ihre positive oder negative Natur berücksichtigen, sondern auch die Struktur des Moleküls. Im Falle von Kohlendioxid ist das Molekül symmetrisch und besitzt eine lineare Struktur. Beide Sauerstoffatome üben den gleichen Zug auf das Kohlenstoffatom in der Mitte aus, wodurch eine Situation entsteht, in der der Zug eines Sauerstoffatoms durch das andere aufgehoben wird und sich die Elektronen im Atom überhaupt nicht bewegen. Somit behält das Molekül sein Gleichgewicht als unpolares Molekül.
Warum ist SO2 polar?
Schwefeldioxid wird auf natürliche Weise durch vulkanische Aktivität freigesetzt und ist aufgrund der Verbrennung fossiler Brennstoffe auch in der Atmosphäre vorhanden. Schwefeldioxid hat einen stechenden Geruch, der oft mit dem Geruch eines Streichholzes verglichen wird, das gerade angezündet wurde. Genau wie beim Beispiel Kohlendioxid müssen Sie nicht nur die Arten von Atomen in einem Schwefeldioxidmolekül berücksichtigen, sondern auch die Struktur des Moleküls.
Zunächst ist es wichtig zu wissen, dass Sauerstoff-Schwefel-Bindungen leicht polar sind, da Sauerstoff ein größeres elektronegatives Potential hat als Schwefel. Dies bedeutet, dass der Sauerstoff mehr Zug auf die kovalenten Bindungen in Schwefeldioxid ausübt. Wie bereits erwähnt, macht jedoch auch die Struktur des Moleküls einen Unterschied.Ähnlich wie H2O befindet sich Schwefel in der Mitte des Moleküls, wobei gebogene Bindungen den Schwefel mit dem Sauerstoff verbinden. Dies bedeutet, dass es eine Seite (oben oder unten) des Moleküls gibt, die beide Sauerstoffatome enthält, was ihm eine leicht negative Ladung verleiht, während der Teil des Moleküls, der das Schwefelatom aufweist, eine leicht positive Ladung aufweist. Infolgedessen ist SO2 polar.Im Wesentlichen ist Schwefeldioxid polar, während Kohlendioxid unpolar ist, weil sich die einzelnen Bewegungen der Bindungen in Kohlendioxid gegenseitig aufheben, aber im Fall von Schwefeldioxid bedeutet die Winkelnatur des Moleküls, dass es ein Ungleichgewicht zwischen den Polen gibt – dass es sowohl eine negative als auch eine positive Seite hat – und daher ist das Molekül polar.
Wichtige Punkte, die bei der Bestimmung der Polarität eines Moleküls zu beachten sind
Wenn Sie versuchen, die Polarität eines Moleküls zu bestimmen, können Sie es in einem dreistufigen Prozess analysieren. Der erste Schritt zeichnet die Lewis-Struktur des Moleküls, während der zweite Schritt die Geometrie des Moleküls bestimmt, und der letzte Schritt bestimmt die Bindungspolaritäten des Moleküls und summiert die Bindungspolaritäten zusammen.
Das Zeichnen der Lewis-Struktur bedeutet, eine Darstellung des Moleküls über ein Diagramm zu zeichnen, das die Anzahl der Valenzelektronen und Bindungen des Moleküls angibt. Danach kann die Geometrie des Moleküls mit der Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßungstheorie (VSEPR-Theorie) bestimmt werden, die besagt, dass Moleküle eine geometrische Formation annehmen, die den Abstand der Elektronen voneinander maximiert.
„Ich, ein Universum von Atomen, ein Atom im Universum.“ – Richard P. Feynman
Schließlich müssen Sie die Stärke der Bindungen bestimmen und ihre Bindungspolaritäten addieren. Zum Beispiel sind in Kohlendioxid die Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen in Richtung des elektronegativeren Sauerstoffs polarisiert, und da beide Bindungen die gleiche Größe haben, ist ihre Summe Null und das Molekül wird als unpolar klassifiziert.
Im Fall von Schwefeldioxid ist das Molekül abgewinkelt und besitzt einen Unterschied in der Elektronegativität, wobei der Zug von Schwefel geringer ist als der von Sauerstoff. Daher gibt es ein permanentes Dipolmoment. Das Dipolmoment ist das Ergebnis der ungleichmäßigen Verteilung negativer und positiver Ladungen.