Polarnost molekula i međumolekulske interakcije
Uvod
Kako možemo razlučiti koje su molekule polarne, a koje nepolarne?
Polarnost molekula
Približimo li naelektrizirani štapić mlazu vode, on će se otkloniti ili privući. To ukazuje da je voda polarna tvar, odnosno da je grade polarne molekule.
Pri određivanju dipolnoga momenta molekule sastavljene od triju ili više atoma, u obzir se uzima polarnost veza i prostorni raspored atoma. Svaka molekula savijenog oblika s polarnim vezama je polarna, pa tako i molekula vode. Pogled na strukturu molekule vode to potvrđuje (2. slika). Naime, u molekuli su vode povezni atom kisika i dva atoma vodika. To u atomi elemenata s relativno velikom razlikom u koeficijentu elektronegativnosti. Stoga su veze u molekuli vode polarne.
Polarnost veze u dvoatomnim molekulama može se izmjeriti. Mjera polarnosti, odnosno razdvojenosti dvaju suprotnih električnih naboja, naziva se dipolni moment. Označuje se malim grčkim slovom mi, μ. Što je razlika u elektronegativnosti atoma veća, dipolni je moment dvoatomne molekule veći (2. slika).
Sljedeće zadatke riješite samostalno te potom provjerite rezultate.
Međumolekulske interakcije
Već površnim razmatranjem svojstava kovalentnih tvari, poput vode, etanola ili naftalena, može se zaključiti da među njihovim molekulama postoje privlačna međudjelovanja. Da nije tako, molekule bi se odvojile jedne od drugih, a tvar bi mogla postojati samo u plinovitome agregacijskom stanju.
Međumolekulske se interakcije, s obzirom na izvor i intenzitet elektrostatskoga međudjelovanja, dijele na dvije skupine:
- van der Waalsove interakcije (dipol-dipol, dipol-inducirani dipol i inducirani dipol-inducirani dipol interakcije)
- vodikove veze (to su specifične, jake dipol-dipol interakcije).
Van der Waalsove interakcije
Dipol-dipol interakcije jesu privlačna međudjelovanja polarnih molekula. Što je dipolni moment molekula veći, privlačne su sile među njima jače. Privlačna međudjelovanja između dipolnih molekula i induciranih dipola nazivaju se dipol-inducirani dipol interakcije. Interakcije između induciranih dipola nazivaju se inducirani dipol-inducirani dipol interakcije, odnosno Londonove sile. Javljaju se u svim tvarima neovisno o njihovoj polarnosti. Jakost Londonovih sila raste s povećanjem mase molekule.
Međumolekulske interakcije
Vodikova veza
Molekule većine tvari gušće su organizirane u čvrstome nego u tekućemu stanju. Voda nije jedna od njih. Gustoća leda pri 0 °C (0,917 kg/L) manja je od gustoće tekuće vode pri 0 °C (1,00 kg/L). Manja gustoća leda od tekuće vode posljedica je intenzivnih dipol-dipol međudjelovanja molekula vode.
Jaka dipol-dipol međudjelovanja atoma vodika jedne polarne molekule i atoma velike elektronegativnosti (N, O, F) iz druge polarne molekule naziva se vodikova veza. Što je razlika u elektronegativnosti atoma veća, vodikova je veza jača. To znači da je vodikova veza između atoma vodika i fluora jača od one između atoma vodika i kisika. Međutim, svaka molekula vode može ostvariti do četiri vodikove veze sa susjednim molekulama, a molekula fluorovodika ostvaruje najviše dvije. Stoga je ukupno međudjelovanje molekula vode jače.
Organizacija molekula vode u čvrstom i tekućem agregacijskom stanju