Moment dipolaire comment il est calculé et exemples

Il Moment dipolaire Il s'agit d'une propriété chimique qui indique à quel point les charges électriques sont distribuées de manière hétérogène dans une molécule. Il est exprimé en unités Debye, 3,33 · 10^-30 C · m, et généralement leurs valeurs varient de 0 à 11 jours.

Les composés hautement polaires ont tendance à avoir de grands moments dipolaires; tandis que l'apolaire, de petits moments dipolaires. Plus les charges électriques sont polarisées dans une molécule, plus son moment dipolaire est grand; c'est-à-dire qu'il doit y avoir une région riche en électrons, Δ- et un autre pauvre en électrons, δ+.

Le projet de deux couleurs sert d'analogie à deux pôles, positifs et négatifs, d'une molécule avec un moment dipolaire marqué. Source: Pexels.

Le moment dipolaire, μ, est une ampleur vectorielle, il est donc affecté par les angles des liaisons et, en général, par la structure moléculaire.

Lorsque la molécule est linéaire, elle peut être comparée à un projet à deux colorants. Son extrémité négative δ-, elle correspondait à la couleur rouge; Tandis que le positif, Δ +, serait la couleur bleue. À mesure que les amplitudes des charges négatives augmentent dans le pôle Δ et la distance qui la sépare de Δ +, le moment dipolaire augmente.

Chimiquement, ce qui précède signifie que plus la différence d'électronégativité entre deux atomes est grande et plus la distance qui les sépare, plus le moment dipolaire est long entre eux.

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Comment le moment dipolaire est-il calculé?

Il est considéré comme un lien covalent entre deux atomes, A et B:

UN B

La distance entre les charges partielles positives et négatives est déjà définie par la longueur de son lien:

POUR^δ+-B^δ-

Parce que les protons et les électrons ont la même ampleur de charge électrique mais avec des signes opposés, 1.6 · 10^-19C, c'est celui pris en compte lors de l'évaluation du moment dipolaire entre A et B à travers l'équation suivante:

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μ = Δ ·d

Lorsque μ est le moment dipolaire, δ est la charge de l'électron sans le signe négatif, et d La longueur du lien exprimé en mètres. Par exemple, en supposant que d Il a une valeur de 2 Å (1 · 10^-dixM) Le moment dipolaire, μA-B sera:

μA-b = (1.6 · 10^-19C) · (2 ​​· 10^-dixm)

= 3,2 · 10^-29Cm

Mais comme cette valeur est très petite, l'unité Deby est utilisée:

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

= 9,60 D

Cette valeur μA-B pourrait supposer que la liaison A-B est plus ionique que covalente.

Exemples

Eau

Moment dipoar d'une molécule d'eau. Source: Gabriel Bolívar.

Pour calculer le moment dipolaire d'une molécule, vous devez ajouter tous les moments dipolaires de leurs liens respectifs, compte tenu des angles des liens et un peu de trigonométrie. C'est au début.

L'eau a l'un des plus grands moments dipolaires qui pourraient être attendus pour un composé covalent. Dans l'image supérieure, nous avons que les atomes d'hydrogène ont des charges partielles positives, Δ +, tandis que l'oxygène transporte la charge partielle négative, Δ-. Le lien O-H est assez polaire (1.5d), et il y en a deux dans une molécule H₂SOIT.

En général, un vecteur est tiré de l'atome moins électronégatif (H) au plus électronégatif (O). Bien qu'ils ne soient pas dessinés, sur l'atome d'oxygène, il y a deux paires d'électrons non partagés, qui "concentrent" la région négative encore plus.

En raison de la géométrie angulaire de H₂Ou, les moments dipolaires se joignent à la direction de l'atome d'oxygène. Notez que la somme des deux μO-H donnerait 3D (1.5 + 1.5); Mais ce n'est pas comme ça. Le moment dipolaire de l'eau a une valeur expérimentale de 1.85d. Voici l'effet de l'angle de fermeture de 105º entre les liaisons H-O-H.

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Méthanol

Moment dipoar d'une molécule de méthanol. Source: Gabriel Bolívar.

Le moment dipolaire de méthanol est 1.69d. Est moins que l'eau. Par conséquent, les masses atomiques n'ont pas trop d'influence au moment dipolaire; Mais ses radios atomiques. Dans le cas du méthanol, nous ne pouvons pas affirmer que votre liaison H-O a un μ égal à 1.5 D; Depuis, les environnements moléculaires sont différents à Cho₃Oh et h₂SOIT.

C'est pourquoi nous devions mesurer la longueur de la liaison H-O dans le méthanol pour pouvoir calculer μO-H. Ce qui peut être confirmé, c'est que μO-H est plus grand que μC-O.

Le méthanol est catalogué comme l'un des solvants les plus polaires qui peuvent être trouvés avec l'eau et l'ammoniac.

Ammoniac

Moment dipoar d'une molécule d'ammoniac. Source: Gabriel Bolívar.

Les liaisons H-N sont assez polaires, donc l'azote suivant sa plus grande électronégativité attire des électrons vers lui-même (image supérieure). En plus de cela, nous avons quelques électrons non cachés, qui contribuent leurs charges négatives à la région Δ-. Par conséquent, les charges électriques prédominent dans l'atome d'azote d'ammoniac.

L'ammoniac a un moment dipolaire de 1.42d, moins que celui du méthanol. Si l'ammoniac et le méthanol pouvaient être transformés en ébauches, on verrait que le projet de méthanol a des poteaux plus définis par rapport au projet de l'ammoniac.

Éthanol

Dans le cas de l'éthanol, Cho₃Ch₂Oh, votre moment dipolaire est très proche de celui du méthanol, mais il a tendance à avoir des valeurs inférieures. Ayant plus d'atomes de carbone en composant la région Δ +, l'atome d'oxygène représentant δ-, commence à perdre un peu de son "intensité négative relative".

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Dioxyde de carbone

Moment dipoar d'une molécule de dioxyde de carbone. Source: Gabriel Bolívar.

Le dioxyde de carbone a deux liaisons polaires, C = O, avec leurs moments dipolaires respectifs μO-C. Cependant, comme on peut le voir dans l'image supérieure, la géométrie linéaire du CO₂ fait que les deux μO-C s'annulent sur le plan vectoriel, même si le carbone a une charge partielle positive et les charges partielles négatives à l'oxygène.

Pour cette raison, le dioxyde de carbone est une molécule apolaire, car μCO₂ a une valeur de 0d.

Méthane

Moment dipolaire pour une molécule de méthane. Source: Gabriel Bolívar.

Le méthane et le dioxyde de carbone partagent quelque chose en commun: ce sont des molécules hautement symétriques. En général, plus une molécule est symétrique, moins son moment dipolaire sera.

Si nous voyons la molécule de Cho₄, Ses liaisons C-H sont polaires et les électrons sont dirigés vers l'atome de carbone car ils sont légèrement plus électronégatifs. On pourrait penser que le carbone devrait être une région δ très négative; En tant que brouillon avec son centre rouge intense et ses fins bleuâtre.

Cependant, lorsque le Cho est divisé₄ En deux, nous obtiendrions deux moitiés H-C-H, l'une à gauche et l'autre de la droite, similaire à la molécule H₂SOIT. Ainsi, le moment dipolaire résultant de l'ajout de ces deux μC-H est annulé avec celui de l'autre moitié. Et donc, μch₄ a une valeur de 0d.

Les références

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3. L'Iran. Levine. (2009). Principes de la physicochimie. Sixième édition, page 479-540. Mc Graw Hill.
4. Helmestine, Anne Marie, Ph.D. (29 janvier 2020). Définition du moment dipolaire. Récupéré de: Thoughtco.com
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6. Larita Williams. (2020). Moment dipolaire: définition, équation et exemple. Étude. Récupéré de: étudier.com
7. Wikipédia. (2020). Moment dipolaire de liaison. Récupéré de: dans.Wikipédia.org