Hur interagerar polära och icke-polära molekyler med varandra

Både polära och icke-polära molekyler finns i kovalenta substanser. Vissa kovalenta molekyler har förmågan att få polariserad och vissa gör det inte. Polära molekyler och icke-polära molekyler interagerar med varandra på olika sätt. Polära molekyler interagerar med varandra genom krafter som dipol-dipol-interaktioner medan icke-polära molekyler interagerar med varandra genom london-dispersionskrafter. Låt oss ta en titt på hur dessa molekyler skiljer sig från varandra i naturen och hur de interagerar med varandra.

Denna artikel förklarar,

1. Vad är polära molekyler?
       - Definition, egenskaper och exempel
2. Vad är icke-polära molekyler?
       - Definition, egenskaper och exempel
3. Hur interagerar polära och icke-polära molekyler med varandra?

Vad är polära molekyler

Polära molekyler är ett resultat av asymmetriskt dispergerade elektroner i en molekyl. En kovalent bindning bildas genom att dela två elektroner mellan två atomer. Dessa atomer kan vara av samma element eller av två olika element. När det finns två olika inslag, kan de ha liknande elektronegativiteter (förmågan att locka till sig elektroner) eller olika elektronegativiteter. Om elektronegativitetsskillnaden mellan två atomer är 0,4<, there is a great tendency for the more electronegative atom to pull the shared pair of electrons towards itself. Hence, there will be a slight negative charge (δ-) induced upon it, leaving the other atom slightly positive (δ+). This process is called polarisering.

Figur 1: Permanent dipol av vattenmolekyl

Vattenmolekylen är ett bra exempel på polära molekyler. Elektronegativitetsskillnaden mellan O och H är 1,5; Därför lockas paret av elektroner som är mer attraktiva mot syreatomen, vilket är mer elektronegativ. Därför sägs vattenmolekylen vara polariserad.

Några andra exempel på polära molekyler är ammoniak (NH₃), Väte sulfid (H₂S) och svaveldioxid (SO₂).

Vad är icke-polära molekyler

Icke-polära molekyler har symmetriskt fördelade elektroner; därmed är det ingen laddningsseparation. I grund och botten händer detta när två atomer av liknande elektronegativitet samlas för att göra en kovalent bindning. Följaktligen delar de elektroner de delar är nästan inte förspända mot någon av de deltagande atomen. Ingen laddningsseparation kan ses i sådana molekyler. Men även om det finns laddningsseparation, avbryter formen av vissa molekyler ut avgifterna. CO₂ är ett typiskt exempel.

Figur 2: Lewisstruktur av koldioxid

Även om det finns tillräcklig elektronegativitetsskillnad mellan C och O-atomer för att kvalificera sig för en polarbindning, avbryts laddningarna på grund av molekylens linjära form vilket resulterar i en nettolipole av noll. Koldioxidmolekylen betraktas därför som en icke-polär molekyl.

Exempel på icke-polära föreningar är huvudsakligen diatomiska gasmolekyler, såsom N₂, cl₂ och O₂. Kolvätevätskor är också mest polära i det mesta. Toluen, bensin, pentan och hexan är några exempel.

Hur interagerar polära och icke-polära molekyler med varandra

De två typerna av molekyler påverkar varandra på olika sätt.

Hur interagerar polära molekyler med varandra

Figur 3: Dipol-Dipol-interaktion mellan två HCl-molekyler

Polära molekyler interagerar med varandra genom krafter som dipol-dipol-interaktioner. Det diskuterades tidigare att polära molekyler har ojämn laddningsfördelning på grund av asymmetrisk elektrondispersion. Därför lockas den något positiva änden av en polär molekyl mot den något negativa änden av en annan molekyl. Ovanstående figur (3) visar interaktionen tydligt.

Det något positiva H-atomet av en molekyl lockas mot den något negativa Cl-atomen i den andra molekylen. Attraktiviteten mellan de två molekylerna är känd som en dipol-dipol-interaktion.

Det finns en speciell typ av dipol-dipol-interaktion som kallas vätebindning. Denna interaktion inbegriper en vätedonator, vilken är en högt elektronegativ atom i en molekyl som donerar sitt väte för att bilda en bindning med en annan starkt elektronegativ atom med ett lone par elektroner, från en annan molekyl. Den senare kallas en väteacceptor. Följande figur (4) illustrerar vätebindningen i vatten.

Figur 4: Vätebindning i vatten

Syreatomen märkt B accepterar väte från syreatomen A och gör en bindning mellan de två vattenmolekylerna. Syreatom A är vätedonatorn medan syreatom B är väteacceptorn.

Hur interagerar icke-polära molekyler med varandra

Icke-polära molekyler kan inte bilda dipol-dipol-interaktioner. Istället samverkar de med varandra genom att bilda spridningskrafter i London.

Elektroner av en molekyl flyttar slumpmässigt. När elektronerna samlas in mot den ena änden av den icke-polära molekylen induceras en liten negativ laddning vid den specifika änden. Det gör den andra änden av molekylen något positiv. Detta leder till en temporär laddningsseparation på molekylen. När en annan icke-polär molekyl kommer till grannskapet, har den tidigare molekylen förmågan att inducera en dipol på den senare också. Detta sker på grund av avstängning av liknande avgifter.

Elektrodensiteten hos molekylens A negativa ände avstötar elektronerna i den intilliggande änden av molekylen B, vilket inducerar en positiv laddning i den änden. Då bildas en svag bindning under de två ändarna.

Interaktion mellan polära och icke-polära molekyler

London-dispersioner kallas mycket svagare än dipol-dipolkrafter av polära molekyler. Därför är tendensen för polära molekyler att interagera med icke-polära molekyler minimalt. Eftersom den energi som frigörs genom bildandet av dispersionskrafter mellan polära och icke-polära molekyler inte räcker för att bryta starka dipol-dipol-interaktioner mellan polära molekyler. Därför kan icke-polära lösningar inte lösas i polära lösningsmedel.

Referens: 

Kurtus, Ron. "Polära och icke-polära molekyler." Förstå kemi: Skola för mästare. N.p., n.d. Webb. 07 februari 2017. "Varför löser inte polära och icke-polära föreningar varandra?" Kemi Stack Exchange. N.p., n.d. Webb. 07 februari 2017.

Image Courtesy:

"Dipoli acqua" Av Riccardo Rovinetti - Egent arbete (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons

"Carbon-dioxide-octet-dot-cross-color-coded-2D" Av Ben Mills - Egent arbete (Public Domain) via Commons Wikimedia

"Dipole-dipol-interaktion-i-HCl-2D" Av Benjah-bmm27 - Egent arbete (Public Domain) via Commons Wikimedia

"Hydrogen-bonding-in-water-2D" (Public Domain) via Commons Wikimedia