olet todennäköisesti kuullut, että molekyyleissä on jotain napaisuutta aiemminkin. Esimerkiksi vesi on polaarinen molekyyli, kun taas hiilidioksidi on ei-polaarinen molekyyli. Onko rikkidioksidi polaarinen vai ei-polaarinen? Rikkidioksidia pidetään polaarisena molekyylinä.
Mitä köyhänä molekyylinä oleminen oikeastaan tarkoittaa? Mitä ominaisuuksia rikkidioksidilla on, jotka tekevät siitä polaarisen molekyylin? Sen selvittämiseksi käydään läpi napaisuuden määritelmä ja tarkastellaan rikkidioksidimolekyylin ominaisuuksia.
mainos
mikä on napaisuus?
kun ajattelee napoja, saattaa ensimmäisenä tulla mieleen maan etelänapa ja pohjoisnapa. Nämä ovat maan ylä-ja alaosat. Molekyyleillä voi olla maan tapaan napa-alueita, mutta nämä napa-alueet ovat luonteeltaan positiivisia ja negatiivisia. Ne ovat molekyylien päitä, joilla on joko negatiivinen tai positiivinen varaus, aivan kuten akulla on negatiivinen ja positiivinen pää.
” ei ole muuta kuin atomeja ja tyhjää tilaa; kaikki muu on mielipidettä.”- Demokritos
koska molekyylit koostuvat atomeista, nämä atomit liittyvät toisiinsa muodostaen sektioita, joilla on yleinen positiivinen tai negatiivinen varaus. Jos atomilla on erilliset positiivisen ja negatiivisen varauksen alueet – jos molekyylin sisällä on sekä negatiivisia alueita että positiivisia alueita – molekyyli on polaarinen. Jos molekyylissä ei ole alueita, jotka eroavat toisistaan varaukseltaan, molekyyliä pidetään ei-polaarisena.
esimerkkejä polaarisista ja ei-polaarisista molekyyleistä
esimerkkinä polaarisesta molekyylistä Tarkastellaanpa vettä. Vesi on yksi tunnetuimmista polaarisista molekyyleistä, ja sen rakenne on vastuussa siitä, että molekyylillä on polaarinen luonne. Vesimolekyylit koostuvat yhdestä happiatomista, jolla on hieman negatiivinen varaus, ja kahdesta vetyatomista, joilla on lievästi positiivinen varaus. Tämä tarkoittaa, että vesi on polaarinen molekyyli.
mainos
esimerkkinä ei – polaarisesta molekyylistä pidetään etaania, jonka kemiallinen kaava on c2h6. Yksi syy siihen, että etaani on ei-polaarinen molekyyli, on se, että molekyylillä on symmetrinen rakenne. Molekyylien symmetriset rakenteet auttavat molekyyliä säilyttämään elektronegatiivisuuden tasaisen jakautumisen, vaikka se ei välttämättä takaa, että molekyyli on ei-polaarinen. Etaanin tapauksessa hiiliatomien ja vetyatomien välillä on vain vähän tai ei lainkaan elektronegatiivisuutta, ja näiden kahden hiiliatomin välillä on vain vähän eroa elektronegatiivisuudessa.
useimmilla emäksisillä alkuaineilla on samanlainen rakenne kuin C2H6: lla, ja tästä syystä sanotaan tyypillisesti, että emäksiset alkuaineet ovat ei-polaarisia. Kemiassa on käsite, joka usein kiteytyy muotoon ”like solutions like”. Tämä tarkoittaa, että molekyylillä on suurempi liukoisuus, kun se on samankaltaisessa aineessa. Polaariset aineet liukenevat helpommin yhdistettyinä muihin polaarisiin molekyyleihin, ja ei-polaariset aineet liukenevat helpommin yhdistettyinä muihin ei-polaarisiin aineisiin.
miten molekyylien alueet muuttuvat polaarisiksi tai ei-polaarisiksi
molekyylien sisällä olevia elektroneja vedetään jatkuvasti ympäriinsä. Tämä tarkoittaa, että molekyylin sisällä olevat elektronit ovat aina vaihtuvia asentoja, ja molekyylin napaisuuteen vaikuttaa elektronijoukon siirtyminen. Elektronien liikkuessa suuntaan tai toiseen molekyyli saa positiivisen tai negatiivisen varauksen kyseisen elektronin alueella. Elektronien siirtymiseen vaikuttavat molekyylien väliset sidokset. Nämä kemialliset sidokset sisältävät myös elektroneja, ja niillä voi olla myös napaisuus.
Jos kemiallisen sidoksen muodostavat atomit ovat erilaisia, näiden kahden atomin välinen sidos on luonteeltaan polaarinen. Tämä johtuu siitä, että kun kaksi eri atomia luovat sidoksen, vastaavien atomien ytimillä on erilaiset elektronien kaappauskyvyt, ja sidoksen sisällä olevien elektronien asemat muuttuvat. Kuitenkin, kun on kaksi samantyyppistä atomia, jotka muodostavat sidoksen, sidoksen sisällä olevat elektronit siirtävät asemaansa, koska vetomäärä, joka kullakin atomilla on, on ekvivalentti ja elektronit, jotka kullakin atomilla on, pysyvät paikoillaan.
”täytyy tunnustaa, että olen kateellinen termille atomi; sillä vaikka atomeista on hyvin helppo puhua, niiden luonteesta on hyvin vaikea muodostaa selvää käsitystä.”- Michael Faraday
atomilla, jolla on suurempi kyky vetää elektroneja itseään kohti, on suurempi määrä elektroneja ympärillään, sillä on kokonaisuutena hieman negatiivisempi varaus ja lopputuloksena on sidoksen alue, joka on positiivinen ja osa sidosta negatiivinen, jolloin sidos on luonteeltaan polaarinen. Tämän voi kuvitella myös elektroneina, jotka ovat osa polaarista sidosta, jotka yhtyvät sidoksen toiseen päähän tai toiseen ja. Kummassakin tapauksessa on yksi osa joukkovelkakirjalainasta, jossa on hieman positiivisempi varaus, ja yksi osa joukkovelkakirjalainasta, jossa on hieman negatiivinen varaus.
miten atomin rakenne vaikuttaa sen napaisuuteen
hiilidioksidin rakenne. Kuva: By Jynto (talk) – Own workshop this image was created with Discovery Studio Visualizer., CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=21004130
vaikka on houkuttelevaa päätellä, että mitä negatiivisempia atomeja molekyylillä on, sitä todennäköisemmin se on polaarinen, näin ei aina ole. Esimerkkinä molekyylistä, jolla on enemmän negatiivisia sidoksia ja joka on ei-polaarinen, katsokaa hiilidioksidia. Hiilidioksidissa on yksi hiilimolekyyli ja kaksi happimolekyyliä ja molekyylin synnyttävät sidokset voidaan esittää tällä tavalla:
o = c = o
on otettava huomioon sidosten kokonaismäärän ja niiden positiivisen tai negatiivisen luonteen lisäksi molekyylin rakenne. Hiilidioksidin tapauksessa molekyyli on luonteeltaan symmetrinen ja sillä on lineaarinen rakenne. Molemmat happiatomit kohdistavat saman verran vetovoimaa keskellä olevaan hiiliatomiin, jolloin syntyy tilanne, jossa toisen happiatomin vetovoima mitätöi toisen ja atomin sisällä olevat elektronit eivät liiku lainkaan. Näin molekyyli säilyttää tasapainonsa ei-polaarisena molekyylinä.
miksi SO2 on polaarinen?
rikkidioksidi on usein peräisin tulivuorista. Kuva: doctor-a via , CC0
rikkidioksidia vapautuu luonnollisesti vulkaanisen toiminnan vaikutuksesta, ja sitä esiintyy ilmakehässä myös fossiilisten polttoaineiden palamisen vuoksi. Rikkidioksidilla on pistävä haju, jota usein verrataan juuri sytytetyn tulitikun hajuun. Aivan kuten hiilidioksidia koskevassa esimerkissä, ei tarvitse ottaa huomioon ainoastaan rikkidioksidimolekyylin atomityyppejä,vaan myös molekyylin rakenne.
Ensinnäkin on tärkeää tietää, että happi-rikkisidokset ovat hieman polaarisia, koska hapella on suurempi elektronegatiivinen potentiaali kuin rikillä. Tämä tarkoittaa sitä, että happi vetää enemmän rikkidioksidin kovalenttisia sidoksia. Kuitenkin, kuten aiemmin on käsitelty molekyylin rakenne tekee myös eroa.
molekyylin keskellä on paljon H2O: n tapaan rikkiä, jonka taivutetut sidokset yhdistävät rikin Happeen. Tämä tarkoittaa, että molekyylin toisella puolella (ylä-tai alapinnalla) on molemmat happiatomit, mikä antaa sille hieman negatiivisen varauksen, kun taas molekyylin osalla, jossa on rikkiatomi, on hieman positiivinen varaus. Tämän seurauksena SO2 on polaarinen.
siis pohjimmiltaan rikkidioksidi on polaarinen kun taas hiilidioksidi on ei – polaarinen, koska hiilidioksidin sidosten yksittäiset liikkeet kumoavat toisensa, mutta rikkidioksidin tapauksessa molekyylin kulmikkuus tarkoittaa, että napojen välillä on epätasapaino – että sillä on sekä negatiivinen että positiivinen puoli-ja siksi molekyyli on polaarinen.
avainkohdat, jotka on otettava huomioon määritettäessä molekyylin Polaarisuutta
kun yritetään määrittää molekyylin polaarisuus, voidaan sen analysointiin käyttää kolmivaiheista prosessia. Ensimmäisessä vaiheessa piirretään molekyylin Lewis-rakenne, toisessa vaiheessa määritetään molekyylin geometria ja viimeisessä vaiheessa määritetään molekyylin sidospolariteetit ja yhdistetään sidospolariteetit yhteen.
Lewis-rakenteen piirtäminen tarkoittaa, että molekyylistä piirretään diagrammin kautta esitys, joka kertoo molekyylin valenssielektronien ja sidosten määrän. Tämän jälkeen molekyylin geometria voidaan määrittää Valenssikuoren elektronipari-Repulsioteorialla (VSEPR-teoria), jonka mukaan molekyylit omaksuvat geometrisen muodostumisen, joka maksimoi elektronien etäisyyden toisistaan.
”I, atomien universumi, atomi kaikkeudessa.”- Richard P. Feynman
lopuksi on määritettävä sidosten vahvuus ja summattava niiden sidospolariteetit yhteen. Esimerkiksi hiilidioksidissa hiili-happi-sidokset polarisoituvat kohti happea, joka on elektronegatiivisempi, ja koska molemmilla sidoksilla on sama magnitudi, niiden summa on nolla ja molekyyli luokitellaan ei-polaariseksi.
rikkidioksidin tapauksessa molekyyli on kulmikas ja sillä on elektronegatiivisuusero rikin vetovoiman ollessa pienempi kuin hapen. Siksi on pysyvä dipolimomentti. Dipolimomentti on seurausta negatiivisten ja positiivisten varausten epätasaisesta jakaumasta.
