Legame polare e molecola polare
Un legame polare è un legame di tipo covalente tra due atomi gli elettroni di legame sono distribuiti in modo diseguale.
Una molecola costituita da due soli atomi può avere atomi uguali come nel caso di Cl2 o atomi diversi come nel caso di HCl.
Nel primo caso la differenza di elettronegatività vale zero quindi il legame è covalente puro e la molecola è apolare.
Nel secondo caso i due atomi hanno una differenza di elettronegatività e, nella fattispecie, poiché l’atomo di cloro è più elettronegativo rispetto all’atomo di idrogeno si ha che l’elettrone dell’idrogeno è attratto dal cloro pertanto il legame è covalente polare. In questo caso quindi poiché il baricentro delle cariche positive non coincide con il baricentro delle cariche negative la molecola si dice polare.
La molecola si comporta quindi come un dipolo elettrico il cui modulo μ = δ · d essendo d la distanza tra le cariche e δ il valore assoluto della frazione di carica.
L’unità di misura nel Sistema Internazionale del momento dipolare è il coulomb • metro ma spesso si misura debye (D) che è un’unità più piccola e risulta più utile quando si studiano i dipoli deboli delle molecole.
1 C · m = 2.9979 ·1029 D
Momento dipolare
Il momento dipolare dipende da due fattori:
1) Entità della separazione di carica
2) Distanza tra i poli positivi e negativi della molecola
Nel caso di HCl il momento dipolare vale 1.08 D in quanto la differenza di elettronegatività tra cloro e idrogeno è relativamente piccola ed infatti vale 3.0 – 2.1 = 0.9 e il legame H-Cl è relativamente corto. Si può quindi concludere le molecole biatomiche in cui il legame è polare sono polari.
Molecole pluriatomiche
Diverso è il discorso per molecole costituite da più di due atomi. Consideriamo ad esempio il biossido di carbonio in cui il legame C-O è senz’altro covalente polare a causa della differenza di elettronegatività dei due atomi che vale 3.5 – 2.5 = 1.
Tuttavia per poter sapere se la molecola è polare dobbiamo conoscerne la geometria molecolare può essere prevista dalla teoria V.S.E.P.R. (Valence Shell Electron Pair Repulsion).
Nel caso di CO2 si ha che la molecola è lineare: O=C=O e ha due legami polari e, conseguentemente, due momenti dipolari che stante la sua geometria si annullano:
pertanto la molecola è apolare.
La molecola di acqua è anch’essa formata da tre atomi e il legame O-H è senz’altro covalente polare a causa della differenza di elettronegatività tra i due atomi che vale 3.5 – 2.1 = 1.4. La geometria molecolare dell’acqua è di tipo tetraedrico: l’ossigeno di dispone al centro del tetraedro e i quattro vertici sono occupati rispettivamente da due atomi di idrogeno e dai due doppietti elettronici solitari dell’ossigeno. La molecola è asimmetrica e quindi i momenti dipolari non si annullano con la conseguenza che la molecola è polare
In generale si si avvale della conoscenza della geometria della molecola per poter predirne la sua polarità: molecole simmetriche come CH4 o CCl4 sono simmetriche e quindi apolari mentre molecole come NH3 e CHCl3 sono asimmetriche e quindi polari.