MÔMEN LƯỠNG CỰC: CÁCH NÓ ĐƯỢC TÍNH TOÁN VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2025

Các moment lưỡng cực là một tài sản hóa học cho biết như thế nào không đồng nhất cước điện được phân phối trong một phân tử. Nó được biểu thị bằng đơn vị Debye, 3,33 · 10 ^-30 C · m, và nói chung các giá trị của nó nằm trong khoảng từ 0 đến 11 D.

Các hợp chất phân cực cao có xu hướng có mômen lưỡng cực lớn; trong khi những cái cực, mômen lưỡng cực nhỏ. Các điện tích trong phân tử càng phân cực thì mômen lưỡng cực của nó càng lớn; nghĩa là phải có một vùng giàu electron, δ-, và một vùng khác nghèo electron, δ +.

Công cụ tẩy hai màu đóng vai trò tương tự với hai cực, dương và âm, của một phân tử có mômen lưỡng cực được đánh dấu. Nguồn: Pexels.

Mômen lưỡng cực, μ, là một đại lượng vectơ, do đó nó bị ảnh hưởng bởi các góc của các liên kết và nói chung, bởi cấu trúc phân tử.

Khi phân tử là tuyến tính, nó có thể được so sánh với một cục tẩy hai màu. Đầu âm của nó δ-, sẽ tương ứng với màu đỏ; trong khi số dương, δ +, sẽ có màu xanh lam. Khi độ lớn của các điện tích âm ở cực δ- tăng và khoảng cách tách nó khỏi δ +, thì mômen lưỡng cực tăng lên.

Về mặt hoá học, điều trên có nghĩa là sự khác biệt về độ âm điện giữa hai nguyên tử càng lớn và khoảng cách phân tách chúng càng dài thì mômen lưỡng cực giữa chúng càng lớn.

Mômen lưỡng cực được tính như thế nào?

Nó được coi là liên kết cộng hóa trị giữa hai nguyên tử A và B:

AB

Khoảng cách giữa các điện tích âm và dương đã được xác định bằng độ dài liên kết của chúng:

A ^{δ +} -B ^δ-

Vì proton và electron có cùng độ lớn điện tích nhưng trái dấu, 1,6 · 10 ^-19 C, đây là điều được tính đến khi đánh giá mômen lưỡng cực giữa A và B theo phương trình sau:

μ = δd

Trong đó μ là momen lưỡng cực, δ là điện tích của điện tử không có dấu âm, và d là độ dài của liên kết tính bằng mét. Ví dụ, giả sử rằng d có giá trị là 2 Å (1 · 10 ^-10 m) momen lưỡng cực, μA-B sẽ là:

μA-B = (1,6 10 ^-19 C) (2 10 ^-10 m)

= 3,2 10 ^-29 C m

Nhưng vì giá trị này rất nhỏ, đơn vị Debye được sử dụng:

μ = (3,2 · 10 ^-29 C · m) · (1 D / 3,33 · 10 ^-30 C · m)

= 9,60 D

Giá trị μA-B này có thể giả sử rằng liên kết AB mang tính ion nhiều hơn cộng hóa trị.

Ví dụ

Nước

Mômen lưỡng cực của phân tử nước. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Để tính toán mômen lưỡng cực của một phân tử, tất cả các mômen lưỡng cực của các liên kết tương ứng của chúng phải được cộng theo phương pháp véc tơ, xem xét các góc liên kết và một chút lượng giác. Điều này trong đầu.

Nước có một trong những mômen lưỡng cực lớn nhất có thể được mong đợi đối với một hợp chất cộng hóa trị. Trong hình trên, chúng ta có các nguyên tử hydro mang điện tích dương, δ +, trong khi oxy mang điện tích âm, δ-. Liên kết OH khá phân cực (1,5D), và có hai liên kết trong số chúng trong một phân tử H ₂ O.

Thông thường, một vectơ được vẽ hướng từ nguyên tử có độ âm điện nhỏ nhất (H) đến nguyên tử có độ âm điện lớn nhất (O). Mặc dù chúng không được vẽ, nhưng trên nguyên tử oxy có hai cặp electron không chia sẻ, chúng "tập trung" vùng âm nhiều hơn.

Do dạng hình học góc của H ₂ O, các mômen lưỡng cực cộng theo hướng của nguyên tử oxy. Lưu ý rằng tổng của hai μO-H sẽ cho 3D (1,5 + 1,5); nhưng nó không phải như vậy. Mômen lưỡng cực của nước có giá trị thực nghiệm là 1,85D. Ảnh hưởng của góc gần 105 ° giữa các liên kết HOH được thể hiện ở đây.

Metanol

Mômen lưỡng cực của phân tử metanol. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Mômen lưỡng cực của metanol là 1,69D. Nó ít hơn của nước. Do đó, khối lượng nguyên tử không có nhiều ảnh hưởng đến mômen lưỡng cực; nhưng bán kính nguyên tử của chúng là. Trong trường hợp của metanol, chúng ta không thể nói rằng liên kết HO của nó có μ bằng 1,5D; vì các môi trường phân tử CH ₃ OH và H ₂ O khác nhau.

Đây là lý do tại sao độ dài của liên kết HO trong metanol sẽ phải được đo để tính μO-H. Điều có thể nói là μO-H lớn hơn μC-O, vì hiệu số độ âm điện giữa cacbon và oxy nhỏ hơn giữa hydro và oxy.

Metanol được liệt kê là một trong những dung môi phân cực nhất có thể được tìm thấy cùng với nước và amoniac.

Amoniac

Mômen lưỡng cực của một phân tử amoniac. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Các liên kết HN khá phân cực, do đó nitơ, do độ âm điện lớn hơn, hút các điện tử về phía chính nó (hình trên). Thêm vào đó, trên đó chúng ta có một cặp electron không chia sẻ, chúng đóng góp các điện tích âm của chúng vào vùng δ-. Do đó, điện tích chiếm ưu thế trên nguyên tử nitơ của amoniac.

Amoniac có momen lưỡng cực là 1,42D, nhỏ hơn metanol. Nếu cả amoniac và metanol có thể được chuyển hóa thành cục tẩy, thì sẽ thấy rằng cục tẩy metanol có nhiều cực xác định hơn so với cục tẩy amoniac.

Ethanol

Trong trường hợp của etanol, CH ₃ CH ₂ OH, mômen lưỡng cực của nó rất gần với metanol, nhưng nó có xu hướng có giá trị thấp hơn. Khi có nhiều nguyên tử cacbon hơn tạo nên vùng δ +, nguyên tử oxy đại diện cho δ- bắt đầu mất đi một số "cường độ âm tương đối" của nó.

Cạc-bon đi-ô-xít

Mômen lưỡng cực của phân tử cacbon đioxit. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Carbon dioxide có hai liên kết phân cực, C = O, với mômen lưỡng cực tương ứng của chúng là μO-C. Tuy nhiên, như có thể thấy trong hình trên, dạng hình học tuyến tính của CO ₂ làm cho hai μO-C triệt tiêu nhau theo véc tơ, ngay cả khi cacbon mang điện tích dương và oxy có điện tích âm.

Vì lý do này, carbon dioxide là một phân tử bất cực, vì μCO ₂ có giá trị 0D.

Mêtan

Mômen lưỡng cực đối với một phân tử mêtan. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Cả methane và carbon dioxide đều có điểm chung: Chúng là những phân tử có tính đối xứng cao. Nói chung, phân tử càng đối xứng thì mômen lưỡng cực của nó càng nhỏ.

Nếu chúng ta nhìn vào phân tử CH ₄ , các liên kết CH của nó có cực, và các electron hướng về nguyên tử cacbon vì nó có độ âm điện lớn hơn một chút. Người ta có thể nghĩ rằng carbon sẽ phải là một vùng δ- cực âm; giống như một cục tẩy với tâm màu đỏ đậm và phần cuối hơi xanh.

Tuy nhiên, bằng cách chia đôi CH _4, chúng ta sẽ thu được hai nửa HCH, một ở bên trái và một ở bên phải, tương tự như phân tử H ₂ O. Do đó, mômen lưỡng cực do thêm hai μC-H này sẽ triệt tiêu với nửa kia. Và do đó, μCH ₄ có giá trị 0D.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Walter J. Moore. (Năm 1963). Hóa lý. Trong Động học hóa học. Ấn bản thứ tư, Longmans.
3. Ira N. Levine. (2009). Nguyên lý hóa lý. Tái bản lần thứ sáu, trang 479-540. Đồi Mc Graw.
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 29 tháng 1 năm 2020). Định nghĩa Moment lưỡng cực. Phục hồi từ: thinkco.com
5. Blaber Mike. (Ngày 29 tháng 9 năm 2019). Khoảnh khắc lưỡng cực. Hóa học LibreTexts. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
6. LaRita Williams. (Năm 2020). Moment lưỡng cực: Định nghĩa, Phương trình & Ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com
7. Wikipedia. (Năm 2020). Mômen lưỡng cực liên kết. Khôi phục từ: en.wikipedia.org