POLARITÀ (CHIMICA): MOLECOLE POLARI ED ESEMPI - CHIMICA - 2025

La polarità chimica è una proprietà caratterizzata dalla presenza di una marcata distribuzione eterogenea delle densità di elettroni in una molecola. Nella sua struttura, quindi, ci sono regioni caricate negativamente (δ-), e altre caricate positivamente (δ +), che generano un momento di dipolo.

Il momento di dipolo (µ) di legame è una forma di espressione della polarità di una molecola. Di solito è rappresentato come un vettore la cui origine è nella carica (+) e la sua estremità si trova nella carica (-), sebbene alcuni chimici lo rappresentino inversamente.

Mappa del potenziale elettrostatico per la molecola d'acqua. Fonte: Benjah-bmm27 tramite Wikipedia.

L'immagine in alto mostra la mappa del potenziale elettrostatico per l'acqua, H ₂ O. La regione rossastra (atomo di ossigeno) corrisponde a quella con la più alta densità di elettroni, e si può anche vedere che questa risalta sulle regioni blu (atomi di idrogeno ).

Poiché la distribuzione di detta densità elettronica è eterogenea, si dice che esiste un polo positivo e uno negativo. Ecco perché parliamo di "polarità" chimica e momento di dipolo.

Momento di dipolo

Il momento di dipolo µ è definito dalla seguente equazione:

µ = δ · d

Dove δ è la carica elettrica di ciascun polo, positiva (+ δ) o negativa (–δ), ed è la distanza tra loro.

Il momento di dipolo è solitamente espresso in debye, rappresentato dal simbolo D.Un coulomb · metro è uguale a 2.998 · 10 ²⁹ D.

Il valore del momento di dipolo del legame tra due diversi atomi è in relazione alla differenza di elettronegatività degli atomi che formano il legame.

Perché una molecola sia polare, non è sufficiente avere legami polari nella sua struttura, ma deve anche avere una geometria asimmetrica; in modo tale da evitare che i momenti di dipolo si annullino vettorialmente a vicenda.

Asimmetria nella molecola d'acqua

La molecola d'acqua ha due legami OH. La geometria della molecola è angolare, cioè a forma di "V"; quindi, i momenti di dipolo dei legami non si annullano a vicenda, ma piuttosto la loro somma viene prodotta puntando verso l'atomo di ossigeno.

La mappa del potenziale elettrostatico per H ₂ O riflette questo.

Se si osserva la molecola angolare HOH, può sorgere la seguente domanda: è davvero asimmetrica? Se un asse immaginario viene disegnato attraverso l'atomo di ossigeno, la molecola si dividerà in due metà uguali: HOOH.

Ma non è così se l'asse immaginario è orizzontale. Quando questo asse ora divide di nuovo la molecola in due metà, avrai l'atomo di ossigeno su un lato e i due atomi di idrogeno sull'altro.

Per questo motivo l'apparente simmetria dell'H ₂ O cessa di esistere, ed è quindi considerata una molecola asimmetrica.

Molecole polari

Le molecole polari devono soddisfare una serie di caratteristiche, come:

-La distribuzione delle cariche elettriche nella struttura molecolare è asimmetrica.

-Sono generalmente solubili in acqua. Questo perché le molecole polari possono interagire per forze dipolo-dipolo, dove l'acqua è caratterizzata da un grande momento di dipolo.

Inoltre, la sua costante dielettrica è molto elevata (78,5), il che gli consente di mantenere separate le cariche elettriche, aumentandone la solubilità.

-In generale, le molecole polari hanno alti punti di ebollizione e fusione.

Queste forze sono costituite dall'interazione dipolo-dipolo, dalle forze dispersive di Londra e dalla formazione di legami idrogeno.

-A causa della loro carica elettrica, le molecole polari possono condurre elettricità.

Esempi

SW

Anidride solforosa (SO ₂ ). L'ossigeno ha un'elettronegatività di 3,44, mentre l'elettronegatività dello zolfo è 2,58. Pertanto, l'ossigeno è più elettronegativo dello zolfo. Ci sono due legami S = O, O avente carica δ- e S avente carica δ +.

Poiché è una molecola angolare con S al vertice, i due momenti di dipolo sono orientati nella stessa direzione; e quindi si sommano, rendendo polare la molecola SO ₂ .

CHCl

Cloroformio (HCCl ₃ ). C'è un legame CH e tre legami C-Cl.

L'elettronegatività di C è 2,55 e l'elettronegatività di H è 2,2. Pertanto, il carbonio è più elettronegativo dell'idrogeno; e quindi il momento di dipolo sarà orientato da H (δ +) verso C (δ-): C ^δ- -H ^{δ +} .

Nel caso dei legami C-Cl, C ha un'elettronegatività di 2,55, mentre Cl ha un'elettronegatività di 3,16. Il vettore di dipolo o momento di dipolo è orientato da C a Cl nei tre legami C ^{δ +} -Cl ^δ- .

Poiché c'è una regione povera di elettroni attorno all'atomo di idrogeno e una regione ricca di elettroni composta dai tre atomi di cloro, CHCl ₃ è considerata una molecola polare.

HF

Il fluoruro di idrogeno ha un solo legame HF. L'elettronegatività di H è 2,22 e l'elettronegatività di F è 3,98. Pertanto, il fluoro finisce con la più alta densità di elettroni e il legame tra entrambi gli atomi è meglio descritto come: H ^{δ +} -F ^δ- .

NH

L'ammoniaca (NH ₃ ) ha tre legami NH. L'elettronegatività di N è 3.06 e l'elettronegatività di H è 2.22. In tutti e tre i legami, la densità elettronica è orientata verso l'azoto, essendo ancora più elevata per la presenza di una coppia di elettroni liberi.

La molecola NH ₃ è tetraedrica, con l'atomo di N che occupa il vertice. I tre momenti di dipolo, corrispondenti ai legami NH, sono orientati nella stessa direzione. In essi, δ- si trova in N e δ + in H. Pertanto, i legami sono: N ^δ- -H ^{δ +} .

Questi momenti di dipolo, l'asimmetria della molecola e la coppia libera di elettroni sull'azoto, rendono l'ammoniaca una molecola altamente polare.

Macromolecole con eteroatomi

Quando le molecole sono molto grandi, non è più certo di classificarle come apolari o polari esse stesse. Questo perché ci possono essere parti della sua struttura con caratteristiche sia apolari (idrofobiche) che polari (idrofile).

Questi tipi di composti sono noti come anfifili o anfipatici. Poiché la parte apolare può essere considerata povera di elettroni rispetto alla parte polare, nella struttura è presente una polarità e i composti anfifilici sono considerati composti polari.

Ci si può generalmente aspettare che una macromolecola con eteroatomi abbia momenti di dipolo e quindi polarità chimica.

Gli eteroatomi sono quelli che sono diversi da quelli che costituiscono lo scheletro della struttura. Ad esempio, lo scheletro di carbonio è biologicamente il più importante di tutti e l'atomo con cui il carbonio forma un legame (oltre all'idrogeno) è chiamato eteroatomo.

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica. (8 ° ed.). CENGAGE Apprendimento.
2. Prof. Krishnan. (2007). Composti polari e non polari. St. Louis Community College. Recupero da: users.stlcc.edu
3. Murmson, Serm. (14 marzo 2018). Come spiegare la polarità. Sciencing. Estratto da: sciencing.com
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5 dicembre 2018). Definizione ed esempi di legame polare (legame covalente polare). Estratto da: thoughtco.com
5. Wikipedia. (2019). Polarità chimica. Estratto da: en.wikipedia.org
6. Quimitube. (2012). Legame covalente: polarità del legame e polarità molecolare. Estratto da: quimitube.com