Una molecola presenta un momento dipolare molecolare se essa è di tipo polare e presenta una asimmetria nella propria struttura.
Sebbene la carica totale presente in una molecola sia pari a zero quando gli atomi che la costituiscono hanno una elettronegatività diversa gli elettroni di legame sono attratti dall'elemento più elettronegativo e quindi il baricentro delle cariche positive, dovute ai protoni contenuti nei rispettivi nuclei atomici, non coincide con il baricentro delle cariche negative e quindi tali molecole costituiscono dei dipoli permanenti. Quanto maggiore è la differenza di elettronegatività tra gli atomi tanto maggiore è il dipolo.
L'atomo che ha elettronegatività maggiore che vede avvicinare a sé gli elettroni di legame assume una parziale carica negativa δ- mentre l'atomo che ha una elettronegatività minore che vede allontanare da sé gli elettroni di legame assume una parziale carica positiva δ+.
Momento dipolare
Il momento dipolare μ è la misura quantitativa della polarità della molecola ed è definito come :
μ = q · r
dove q è la grandezza della carica (ma non del suo segno)
r è la distanza tra le due cariche
Pertanto le dimensioni di μ sono C · m (Coulomb · metro). I momenti dipolari, a causa del valore estremamente piccolo di r sono comunemente espressi in unità di Debye in onore al chimico e fisico olandese Peter Debye dove 1 D = 3.336 ∙ 10-30 C·m. Poiché la carica Q viene misurata in termini di carica dell'elettrone che è pari a 1.60 ∙ 10-19 C se le due cariche, +1 e -1, distano 1.00 Å allora il momento dipolare è dato da:
μ = q · r = (1.60 ∙ 10-19 C) ( 1.00 Å) ( 10-10 m/ 1 Å) ( 1 D/3.336 ∙ 10-30 C·m.) = 4.79 D
Dall'espressione del momento dipolare si ha che esso aumenta all'aumentare della carica e all'aumentare della distanza tra le cariche.
Polarità di una molecola
La maggior parte delle molecole è costituita da atomi diversi e con elettronegatività diversa e pertanto in esse sono presenti dipoli permanenti. La presenza di momento dipolare molecolare, non implica tuttavia, che la molecola sia polare. Ad esempio, nel caso della molecola di CO2, che è di tipo lineare il dipolo permanente che si instaura tra il primo ossigeno e il carbonio è uguale ed opposto al dipolo permanente che si instaura tra il carbonio e il secondo ossigeno quindi la molecola non è polare:
Una molecola è quindi apolare anche in presenza di legami polari se è simmetrica come, ad esempio nel caso di CCl4, che ha una struttura tetraedrica con il carbonio al centro e gli atomi di cloro disposti simmetricamente ai vetrici del tetraedro:
Le molecole sono polari solo se, oltre ai dipoli permanenti che vi sono tra i diversi atomi, hanno una asimmetria nella struttura molecolare. Ad esempio nel caso della molecola di acqua che ha una struttura tetraedrica con l'ossigeno al centro, due vertici occupati rispettivamente dall'idrogeno e due vertici occupati rispettivamente dai due doppietti elettronici solitari presenti sull'ossigeno, si è il presenza di molecola polare.
La molecola infatti presenta ciascuno degli atomi di idrogeno, che hanno un'elettronegatività minore rispetto all'ossigeno, con una parziale carica positiva δ+ e l'ossigeno che vede avvicinare a sé gli elettroni di legame che assume una parziale carica negativa 2δ-. La asimmetria della molecola fa sì che i momenti dipolari presenti non si annullino e quindi μ > 0.
