Polarne wiązanie kowalencyjne i przykłady: wszystko, co musisz wiedzieć

W fascynującym świecie chemii polarne wiązania kowalencyjne odgrywają kluczową rolę we właściwościach i interakcjach różnych cząsteczek. Te unikalne wiązania występują, gdy atomy dzielą elektrony nierówno, co prowadzi do intrygujących cech, które napędzają wielu podstawowe procesy biologiczne i przemysłowych. Ten wpis na blogu zagłębi się w fascynującą dziedzinę polarnych wiązań kowalencyjnych, odkrywając ich znaczenie za pomocą łatwych do zrozumienia koncepcji i przykładów.

Na wynos

• Polarne wiązania kowalencyjne występuje, gdy atomy dzielą elektrony nierównomiernie, co powoduje częściowe ładunki na przeciwległych końcach cząsteczki.
• Różnica elektroujemności między dwoma atomami określa, czy wiązanie jest polarne, czy niepolarne.
• Zrozumienie spolaryzowanych wiązań kowalencyjnych ma kluczowe znaczenie przewidywania właściwości molekularnych i określenie, jak będą reagować z innymi substancjami.
• Niektóre przykłady cząsteczek z polarnymi wiązaniami kowalencyjnymi obejmują wodę, amoniak i fluorowodór.

Wiązania chemiczne to siły, które utrzymują razem atomy i wiązanie kowalencyjne występuje, gdy dwa lub więcej atomów dzieli elektrony, tworząc cząsteczkę.

Co to jest wiązanie chemiczne?

A wiązanie chemiczne odnosi się do siły przyciągania, która utrzymuje razem dwa atomy, tworząc stabilne i silne połączenie między nimi. Dzieje się tak, gdy atomy dzielą lub przenoszą elektrony na swoich najbardziej zewnętrznych poziomach energii, które są również znane jako muszle walencyjne.

Istnieją trzy podstawowe typy wiązań chemicznych: kowalencyjne, jonowe i wiązania metaliczne, w wiązania kowalencyjne, elektrony są dzielone między atomy niemetali, które dążą do stabilności, wypełniając swoje powłoki walencyjne.

Typowym przykładem jest woda (H₂O), gdzie każdy atom wodoru dzieli elektron z atomem tlenu. Z drugiej strony, wiązania jonowe obejmują przenoszenie elektronów między atomami metali i niemetali, w wyniku czego powstają naładowane cząstki zwane jonami; pomyśl o soli kuchennej (NaCl), w której sód traci elektron na rzecz chloru, tworząc dodatnio naładowane jony Na+ i ujemnie naładowane jony Cl- połączone ze sobą poprzez przyciąganie elektrostatyczne.

Wiązanie kowalencyjne

Wiązanie kowalencyjne to fundamentalna koncepcja w świecie chemii, odgrywająca kluczową rolę w tworzeniu różnych cząsteczek. u jej podstaw, wiązanie kowalencyjne występuje, gdy pary elektronów są wspólne dla atomów, co pozwala im osiągnąć większą stabilność i wypełnić powłoki walencyjne.

Na przykład, rozważ dwa atomy wodoru łączące się, tworząc H₂, każdy atom wodoru ma jeden elektron i potrzebuje innego, aby uzupełnić swoją powłokę walencyjną.

Ten rodzaj wiązania chemicznego jest powszechnie obserwowany wśród pierwiastków niemetalicznych znajdujących się po prawej stronie układu okresowego. Przykład obejmuje wodę (H₂O), gdzie tlen tworzy wiązania kowalencyjne z dwoma atomami wodoru, dzieląc elektrony.

Polarne i niepolarne wiązania kowalencyjne

• Wiązania kowalencyjne, które obejmują współdzielenie elektronów między atomami, można podzielić na polarne lub niepolarne. 
• W polarne wiązanie kowalencyjne, elektrony są dzielone nierówno ze względu na różnice w elektroujemności między dwoma zaangażowanymi atomami.
• Ten nierówny podział skutkuje jeden atom ma nieco ujemny ładunek, a drugi atom ma częściowo dodatni ładunek.
• Z drugiej strony, niespolaryzowane wiązania kowalencyjne występują, gdy atomy o podobnych elektroujemnościach dzielą po równo elektrony ponieważ nie ma żadnej znaczącej różnicy w ich zdolności do przyciągania tych wspólnych elektronów.
• W rezultacie żaden atom nie przenosi dostrzegalnych ładunków cząstkowych. 

Przykład tego rodzaju wiązania można znaleźć w dwuatomowy tlen (O₂), gdzie oba atomy tlenu mają równe elektroujemności i dlatego równomiernie dzielą między siebie elektrony.

Przykłady wiązań kowalencyjnych

Wiązania kowalencyjne mogą występować między atomami niemetali i są klasyfikowane jako polarne lub niepolarne. Oto kilka przykładów różnych wiązań kowalencyjnych:

• Niespolaryzowane wiązanie kowalencyjne: W cząsteczkach takich jak gazowy tlen (O₂) i gazowy azot (N₂), wiązania kowalencyjne między dwoma identycznymi atomami dają cząsteczkę niepolarną.
• Spolaryzowane wiązanie kowalencyjne: Chlorowodór (HCl) jest przykładem cząsteczki z polarnym wiązaniem kowalencyjnym. Atom wodoru ma częściowy ładunek dodatni, podczas gdy atom chloru ma częściowy ładunek ujemny ze względu na różnicę elektroujemności.
• Czyste wiązanie kowalencyjne: Kiedy dwa atomy tego samego pierwiastka, takie jak dwa atomy chloru (Cl₂), dzielą się swoimi elektronami po równo, tworzą czyste wiązanie kowalencyjne.
• Współrzędne wiązanie kowalencyjne: Tego typu wiązania występują, gdy jeden atom przekazuje oba elektrony dla wspólnej pary elektronów. Przykładem jest amoniak (NH₃), gdzie atom azotu przekazuje swoją samotną parę, tworząc wiązanie koordynacyjne z jonem wodoru (H⁺).
• Podwójne i potrójne wiązania kowalencyjne: Niektóre cząsteczki mają podwójne lub potrójne wiązania między atomami, które obejmują odpowiednio cztery lub sześć elektronów. Przykłady obejmują dwutlenek węgla (CO₂) i acetylen (C₂H₂).

Zrozumienie różnych rodzajów wiązań kowalencyjnych jest niezbędne do przewidywania właściwości molekularnych i określania, w jaki sposób będą one reagować z innymi substancjami.

Elektroujemność i polarne wiązania kowalencyjne

Różnica elektroujemności dwóch atomów w wiązaniu decyduje o tym, czy jest ono polarne, czy niepolarne, dzięki czemu zrozumienie elektroujemności jest kluczowe dla zrozumienia wiązania chemicznego.

Elektroujemność i jej rola w wiązaniu chemicznym

W świecie wiązań chemicznych elektroujemność odgrywa kluczową rolę w określaniu, czy wiązanie jest polarne, czy niepolarne. Elektroujemność odnosi się do miary zdolności atomu do przyciągania elektronów do siebie w wiązaniu kowalencyjnym.

Im wyższy wartość elektroujemności, tym silniej przyciąga do siebie elektrony, co skutkuje nierówny podział elektronów i zrobienie z tego a polarne wiązanie kowalencyjne.

Z drugiej strony, gdy dwa atomy mają podobne wartości elektroujemności, które są równe lub wystarczająco blisko siebie wiązania węgiel-wodór (CH), Tworzą się niespolaryzowane wiązania kowalencyjne z powodu prawie równego podziału elektronów między nimi.

Oznacza to, że oba atomy mają równe pary elektronów z powłoki zewnętrznej i nie powodują separacji ładunków w cząsteczce.

Więzi polarne i niepolarne

Wiązania kowalencyjne mogą być polarne lub niepolarne, w zależności od tego, jak elektrony są dzielone między atomami. W niespolaryzowanym wiązaniu kowalencyjnym elektrony są równo podzielone między dwa identyczne atomy z tą samą elektroujemnością.

Z drugiej strony, w polarnych wiązaniach kowalencyjnych istnieje nierówny podział elektronów z powodu różnica elektroujemności między dwoma atomami.

Na przykład kiedy Wiązania wodorowe z fluorem lub tlenem tworzą wiązanie polarne z uwagi na duża różnica elektroujemności pomiędzy tymi elementami. Oznacza to, że jeden atom będzie miał częściowe ładunki ujemne, podczas gdy drugi będzie miał częściowe ładunki dodatnie.

Wiązania, które są częściowo jonowe, ale nadal mają charakter kowalencyjny, nazywane są polarnymi wiązaniami kowalencyjnymi i odgrywają ważną rolę zarówno biologicznie, jak i przemysłowo.

Przykłady polarnych wiązań kowalencyjnych

Spolaryzowane wiązania kowalencyjne są powszechnie spotykane w przyrodzie i mają wiele ważnych zastosowań. Niektóre przykłady polarnych wiązań kowalencyjnych zawierać:

1. Cząsteczki wody: Atomy tlenu i wodoru w cząsteczkach wody tworzą spolaryzowane wiązanie kowalencyjne z powodu różnicy elektroujemności między nimi. Powoduje to częściowo ujemny atom tlenu i częściowo dodatnie atomy wodoru, co prowadzi do powstania wyjątkowe właściwości wody takich jak wysoka temperatura wrzenia i napięcie powierzchniowe.
2. Amoniak (NH₃): Atomy azotu i wodoru w cząsteczce amoniaku nierówno dzielą elektrony, tworząc spolaryzowane wiązanie kowalencyjne. W rezultacie amoniak ma moment dipolowy z częściowym ładunkiem ujemnym na atomie azotu i częściowymi ładunkami dodatnimi na trzech atomach wodoru.
3. Fluorowodór (HF): Fluorowodór jest związkiem, który zawiera spolaryzowane wiązanie kowalencyjne między atomami wodoru i fluoru ze względu na różnicę elektroujemności między nimi. Daje to początek jego właściwościom kwasowym, a także zastosowaniu w procesach przemysłowych, takich jak trawienie szkła.
4. Dwutlenek węgla (CO₂): Chociaż dwutlenek węgla jest często klasyfikowany jako niepolarny, w rzeczywistości zawiera dwa polarne wiązania kowalencyjne między atomem węgla i dwoma atomami tlenu. Jednak ze względu na swój liniowy kształt dipole te znoszą się nawzajem, co skutkuje niepolarnością.
5. Struktura białka: Polarne wiązania kowalencyjne odgrywają ważną rolę w strukturze białek, ponieważ pomagają tworzyć wiązania wodorowe, które stabilizują fałdowanie białek, co skutkuje ich specyficznymi kształtami i funkcjami.
6. Chlorek nitrozylu: Chlorek nitrozylu jest również przykładem polarnego wiązania kowalencyjnego, ponieważ istnieje znaczna różnica elektroujemności między azotem, tlenem i chlorem. Dlatego, Wiązania N=O i N=Cl są znacząco polarne a cała cząsteczka NOCl wykazuje stały moment dipolowy.

Chlorek nitrozylu, polarna cząsteczka kowalencyjna

7. Kwas azotowy: Kwas azotowy jest uważana za polarną cząsteczkę kowalencyjną, ponieważ wiązanie kowalencyjne między azotem a tlenem jest polarne ze względu na różnicę elektroujemności między nimi. Będąc bardziej elektroujemnym, tlen przyciąga elektrony pary wiązań NO do siebie, a kwas azotowy staje się cząsteczką polarną.
8. Siarkowodór: Siarkowodór ma budowę w kształcie litery V (kątową) z dwoma wiązaniami polarnymi, tj. SH wiązania i elektrony wiążące tych dwóch wiązań SH są przesunięte w kierunku atomu siarki. Dlatego H₂S ma stały moment dipolowy 0.95 gł.

H2S, polarna cząsteczka kowalencyjna

9. Nadtlenek wodoru: Nadtlenek wodoru jest również cząsteczką polarną z dwoma polarnymi wiązaniami OH. Ta polaryzacja powstaje z powodu różnicy elektroujemności między atomami tlenu i wodoru. Dlatego wiążące pary elektronów nie mogą być równo dzielone między nimi, a pary elektronów są przesunięte w kierunku tlenu.

H2O2, polarna cząsteczka kowalencyjna

10. Cyjanowodór: Cyjanowodór jest przykładem polarnego wiązania kowalencyjnego, ponieważ węgiel, tlen i wodór różnią się od siebie elektroujemnością. Dlatego potrójne wiązanie obecne w tej cząsteczce między węglem i azotem staje się polarne, a elektrony wiążące są przyciągane przez N ze względu na jego wyższą elektroujemność.

HCN, polarna cząsteczka kowalencyjna

11. Tlenek węgla: Tlenek węgla jest również przykładem polarnego wiązania kowalencyjnego, ponieważ różnica elektroujemności między tlenem a węglem jest stosunkowo wysoka (3.44-2.55). Dlatego elektrony w parach wiązań nie mogą być równo dzielone między tlen i węgiel i są przesuwane w kierunku tlenu z powodu wyższej elektroujemności.
12. pięciotlenek fosforu: Pięciotlenek fosforu jest wymieniony jako przykład polarnego wiązania kowalencyjnego, ponieważ istnieje znaczna różnica elektroujemności między fosforem a tlenem. Dlatego pary elektronów wiązań PO są przesunięte w kierunku tlenu, ponieważ jest on bardziej elektroujemny niż fosfor.
13. Tetrachlorek węgla: Czterochlorek węgla jest niepolarną cząsteczką kowalencyjną, ale wszystkie C-Cl są wiązaniami polarnymi. Ale ze względu na orientację czterech wiązań C-Cl momenty wiązań są wzajemnie znoszone, a moment dipolowy staje się zerowy. Wiązania C-Cl wykazują polarność, ponieważ istnieje różnica elektroujemności między C i Cl.
14. Dwutlenek siarki: Dwutlenek siarki jest cząsteczką polarną, a obecne w niej wiązania SO są znacząco polarne. Ta polaryzacja powstaje z powodu różnicy elektroujemności między siarką a tlenem. Dlatego elektrony pary wiązań są przesunięte w kierunku tlenu niż siarki, ponieważ tlen jest bardziej elektroujemny niż siarka.
15. Etanol: Etanol jest cząsteczką polarną z polarnymi wiązaniami między CO i OH. Dlatego pary elektronów zarówno w wiązaniach CO, jak i OH są przesunięte w kierunku atomu tlenu, ponieważ jest on bardziej elektroujemny niż C i H (elektroujemność C, H i O wynosi odpowiednio 2.55, 2.2 i 3.44 w skali Paulinga) .
16. jon siarczanowy: W jonie siarczanowym występują dwa wiązania S=O i dwa SO. Wszystkie te cztery wiązania są polarne, ponieważ istnieje różnica w elektroujemności między siarką a tlenem. Dlatego wiążące pary elektronów nie mogą być równo dzielone w tych wiązaniach S=O lub S=O. Są one nieco przesunięte w kierunku atomów tlenu.
17. Aceton: Aceton jest również przykładem polarnego wiązania kowalencyjnego, ponieważ istnieje różnica w elektroujemności między węglem, wodorem i tlenem. Wiązanie C=O jest wystarczająco polarne, ponieważ tlen jest bardziej elektroujemny niż węgiel. Dlatego wiążące pary elektronów wiązania C=O są przyciągane w kierunku tlenu.

Ogólnie rzecz biorąc, zrozumienie polarnych wiązań kowalencyjnych jest niezbędne do zrozumienia wielu procesów chemicznych i ich przebiegu zastosowań w różnych dziedzinach, takich jak biologia, chemia, fizyka i inżynieria.

Cząsteczki polarne mają moment dipolowy, który mierzy rozdział częściowych ładunków dodatnich i ujemnych.

Właściwości spolaryzowanego wiązania kowalencyjnego

Właściwości polarnych wiązań kowalencyjnych są zapisane poniżej:

• Wiązania muszą powstać w wyniku wzajemnego udostępniania par elektronów.
• Spolaryzowane wiązania kowalencyjne muszą mieć różnicę elektroujemności.
• Atomy biorące udział w tworzeniu polarnego wiązania kowalencyjnego muszą być różne.
• Nie jest konieczne, aby cząsteczki niepolarne nie mogły mieć wiązań polarnych.

Kiedy powstaje spolaryzowane wiązanie kowalencyjne?

Spolaryzowane wiązanie kowalencyjne powstaje w następujących przypadkach:

1. Kiedy różnica elektroujemności występuje między dwoma atomami.
2. Kiedy pary elektronów są dzielone między te atomy, nie następuje całkowite przeniesienie par elektronów.

Jak określić polarne wiązanie kowalencyjne?

Biegunowość wiązania kowalencyjnego jest określona przez różnicę elektroujemności dwóch atomów uczestniczących w tworzeniu wiązania. Im większa różnica elektroujemności, tym większa nierównowaga par elektronów dzielących wiązanie.

Jak dzielą się elektrony w spolaryzowanym wiązaniu kowalencyjnym?

Współdzielenie elektronów w spolaryzowanym wiązaniu kowalencyjnym zależy od względnej elektroujemności dwóch atomów w wiązaniu. Wiążące pary elektronów są przesunięte w kierunku bardziej elektroujemnego atomu. Im większe przemieszczenie elektronów, tym wiązanie będzie bardziej polarne.

Temperatura wrzenia wiązań kowalencyjnych polarnych

Cząsteczki polarne mają zawsze wyższą temperaturę wrzenia i topnienia niż cząsteczki niepolarne, ponieważ mają silne siły przyciągania w sobie lub w innych cząsteczkach.

Polarne przewodnictwo wiązań kowalencyjnych

Cząsteczki o spolaryzowanych wiązaniach kowalencyjnych przewodzą prąd elektryczny. Przewodność wynika z ruchliwości jonów w roztworze.

Rozpuszczalność wiązań kowalencyjnych polarnych

Cząsteczki z polarnymi wiązaniami kowalencyjnymi rozpuszczają się w dowolnym rozpuszczalniku polarnym, np.

• woda
• Chloroform
• Amoniak
• Aceton
• DMF
• DMSO
• Acetonitryl
• etanol

Polarne wiązanie kowalencyjne silne lub słabe

Spolaryzowane wiązania kowalencyjne są bardzo silnymi wiązaniami, ponieważ wiązania powstają w wyniku wzajemnego udostępniania par elektronów między atomami. Siła wiązania zależy od względnej różnicy elektroujemności między atomami.

Czy spolaryzowane wiązania kowalencyjne są hydrofobowe?

Spolaryzowane wiązania kowalencyjne nie są hydrofobowe, a raczej hydrofilowe. Wiązania polarne przyciągają wodę jak rozpuszczalniki polarne. Wiązania niepolarne mają na ogół charakter hydrofobowy i są odpychane przez rozpuszczalniki polarne.

Polarne przykłady wiązań kowalencyjnych w prawdziwym życiu

W prawdziwym życiu obserwuje się następujące przykłady polarnych wiązań kowalencyjnych:

• woda
• Amoniak
• etanol
• Fluorowodór
• Dwutlenek węgla
• Kwas azotowy
• Chloroform

Przykłady wiązań kowalencyjnych polarnych i niepolarnych

Polarne wiązanie kowalencyjne	Niespolaryzowane wiązania kowalencyjne
woda	Benzen
Amoniak	Metan
Pentachlorek fosforu	Tlen
Gaz ozonowy	Gaz diwodorowy
Eter	Diament
Kwas karboksylowy	Acetylen
propanol	grafit

Polarne wiązanie kowalencyjne vs wiązanie jonowe

Polarne wiązanie kowalencyjne	Wiązanie jonowe
Polarne wiązanie kowalencyjne powstaje w wyniku współdzielenia par elektronów między dwoma atomami.	Wiązanie jonowe powstaje w wyniku całkowitego przeniesienia par elektronów z jednego atomu na drugi.
Atomy tworzące wiązania muszą być kombinacją dwóch atomów niemetali.	Jeden atom musi być metalem między dwoma atomami biorącymi udział w tworzeniu wiązania jonowego.
Różnica w przypadku spolaryzowanego wiązania kowalencyjnego wynosi od 0.5 do 1.7.	Jeśli różnica elektroujemności między dwoma pierwiastkami jest większa niż 1.7, wówczas wiązanie jest jonowe.

Polarne wiązanie kowalencyjne kontra wiązanie wodorowe

Polarne wiązanie kowalencyjne	Wiązanie wodorowe
Wiązania kowalencyjne spolaryzowane to wiązania chemiczne, które powstają w wyniku współdzielenia elektronów.	Wiązanie wodorowe powstaje między wysoce elektroujemnym atomem a wodorem z innej cząsteczki przyłączonej do dowolnego pierwiastka elektroujemnego.
Polarne wiązanie kowalencyjne może być tylko wewnątrzcząsteczkowe	Wiązania wodorowe mogą być wewnątrzcząsteczkowe i międzycząsteczkowe
Siła spolaryzowanego wiązania kowalencyjnego wynosi 100-1000 KJ/mol	Siła wiązania wodorowego wynosi 5-50 KJ/mol

Co to są cząsteczki polarne?

Cząsteczki polarne to cząsteczki, które mają nierównomierny rozkład ładunku, w wyniku czego jeden koniec zawiera częściowy ładunek ujemny, a drugi koniec częściowy ładunek dodatni.

Dzieje się tak, gdy dwa atomy z różne elektroujemności dzielą elektrony, tworząc a wiązanie kowalencyjne. Para elektronów spędza więcej czasu wokół atomu o wyższej elektroujemności, co prowadzi do nierównego podziału elektronów i tworzenia częściowo naładowanych końców lub biegunów.

Przykłady cząsteczek polarnych obejmują wodę (H₂O) i amoniak (NH₃).

Jak mierzone są momenty dipolowe?

• Momenty dipolowe w cząsteczkach są mierzone za pomocą jednostki zwanej Debye (D). 
• Wartość momentu dipolowego jest określana przez dodanie momentów wiązań trzy wymiary, które mierzą stopień separacji ładunku netto w cząsteczce.
• Symetryczna cząsteczka np CO₂ ma zerowy moment dipolowy ponieważ wszystkie momenty więzi znoszą się nawzajem.
• Asymetryczna cząsteczka jak woda (H₂O) ma niezerowy moment dipolowy z powodu nierównomiernego podziału elektronów między atomami wodoru i tlenu.
• Biegunowość wiązania chemicznego między dwoma atomami w polarnej cząsteczce kowalencyjnej określa jej moment dipolowy. 
• Na przykład, HCl ma wyższą elektroujemność niż atomy H i Cl; stąd przenosi częściowe ładunki dodatnie i ujemne, co skutkuje niezerowym momentem dipolowym.

Przykłady Cząsteczek Polarnych

Istnieje wiele przykładów cząsteczek polarnych, które mają a pozytywny i negatywny koniec z uwagi na nierówny podział elektronów między atomami. Niektóre typowe przykłady obejmują:

Cząsteczka	Kompozycja	Biegunowość	Unikalne właściwości
woda	H2O	Spolaryzowane wiązania kowalencyjne; moment dipolowy	Wysokie napięcie powierzchniowe; zdolność rozpuszczania wielu substancji
Amoniak	NH3	Lekko ujemny koniec w pobliżu azotu; lekko dodatni koniec w pobliżu wodoru	Działa jako zasada i może tworzyć wiązania wodorowe
Dwutlenek siarki	SO2	Moment dipolowy spowodowany nierównym podziałem elektronów między siarką a tlenem	Ostry zapach, stosowany jako środek konserwujący i czynnik chłodniczy
Fluorowodór	HF	Spolaryzowane wiązanie kowalencyjne; różnica elektroujemności między fluorem a wodorem	Silne kwasy, stosowane w procesach przemysłowych
Dwutlenek węgla	CO2	Dwa wiązania biegunowe, które znoszą się nawzajem, co skutkuje zerowym momentem dipolowym netto	Gaz cieplarniany odgrywa kluczową rolę w klimacie Ziemi

Zrozumienie tych przykładów może pomóc w zidentyfikowaniu cząsteczek polarnych w badaniach lub eksperymentach, które mogą mieć określone właściwości chemiczne w oparciu o ich polarność.

Cząsteczki niepolarne mają symetryczny kształt, co oznacza, że ​​nie mają ładunków cząstkowych, a elektrony są równomiernie rozdzielane między atomy tworzące wiązanie.

Co to są cząsteczki niepolarne?

Cząsteczki niepolarne są cząsteczki bez separacji ładunków, co oznacza, że elektrony są dzielone po równo między atomami. Te rodzaje cząsteczek występują, gdy dwa atomy niemetali dzielą po równo elektrony, co skutkuje podobną elektroujemnością.

Przykłady cząsteczek niepolarnych obejmują gazy dwuatomowe, takie jak gazowy wodór (H₂), gazowy azot (N₂) i gazowy tlen (O₂). Dwutlenek węgla (CO₂) jest również przykładem cząsteczki niepolarnej, ponieważ ma dwa wiązania polarne, które znoszą się nawzajem ze względu na jej liniowy kształt.

W jaki sposób symetria jest powiązana z wiązaniami niepolarnymi?

Symetria jest istotnym czynnikiem decydującym o tym, czy cząsteczka jest polarna czy niepolarna. W cząsteczkach symetrycznych wszystkie boki wokół centralnego atomu są identyczne i związane z tym samym pierwiastkiem bez ładunków rozłożonych nierównomiernie, co skutkuje równomiernym rozkładem ładunków.

Z drugiej strony cząsteczki asymetryczne mają nierównomierny rozkład ładunku na jednym końcu cząsteczki jest naładowany ujemnie, a drugi koniec naładowany dodatnio.

Na przykład, dwutlenek węgla (CO₂) jest liniowy i symetryczny ponieważ ma dwa identyczne atomy tlenu związane z jednym atomem węgla poprzez wiązania podwójne. W przeciwieństwie, woda (H₂O) jest asymetryczny ponieważ ma dwa atomy wodoru związane z atomem tlenu pojedynczymi wiązaniami kowalencyjnymi.

Przykłady cząsteczek niepolarnych

Cząsteczki niepolarne są zazwyczaj symetryczny kształt i mają żadnych ładunków cząstkowych ani momentów dipolowych. Niektóre przykłady cząsteczek niepolarnych to:

Cząsteczka	Symetria	Natura
Dwutlenek węgla (CO2)	Ta cząsteczka składa się z dwóch atomów tlenu związanych z centralnym atomem węgla o liniowej geometrii, co czyni ją symetryczną.	Niepolarny
Metan (CH4)	Metan jest cząsteczką węglowodoru składającą się z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru ułożonych tetraedrycznie wokół atomu węgla, co nadaje mu symetrię.	Niepolarny
Azot gazowy (N2)	Ta cząsteczka składa się z dwóch atomów azotu połączonych potrójnym wiązaniem kowalencyjnym, bez wiązań polarnych lub wolnych par.	Niepolarny.
etylen (C2H4)	Etylen zawiera podwójne wiązanie między dwoma atomami węgla z pozostałymi atomami wodoru powyżej i poniżej płaszczyzny cząsteczki, nadając jej symetrię.	Niepolarny
Benzen (C6H6)	Ten cykliczny związek ma sześć atomów węgla połączonych naprzemiennymi pojedynczymi i podwójnymi wiązaniami ze wszystkimi atomami wodoru znajdującymi się poza strukturą pierścienia, co daje symetryczny układ.	Niepolarny

Należy zauważyć, że chociaż cząsteczki te mogą być ogólnie niepolarne, mogą zawierać w sobie wiązania polarne z powodu różnic w elektroujemności między niektórymi atomami. Jednak ogólna symetria cząsteczki skutkuje brak momentu dipolowego netto lub częściowych ładunków na obu końcach.

Znaczenie wiązań polarnych i niepolarnych

Wiązania polarne i niepolarne są niezbędne w różnych dziedzinach, w tym w biologii i przemyśle. Zrozumienie różnic między nimi jest niezbędne do zrozumienia fizycznych i chemicznych właściwości cząsteczek.

Znaczenie biologiczne

Zrozumienie różnicy między wiązaniami polarnymi i niepolarnymi ma kluczowe znaczenie w dziedzinie biologii, ponieważ wiele cząsteczek biologicznych ma właściwości polarne lub niepolarne, które wpływają na ich zachowanie i interakcje.

Na przykład, cząsteczki wody są wysoce polarne ze względu na asymetryczny układ atomów, który przyciąga inne jony i dipole.

Ponadto cząsteczki lipidów są zazwyczaj niepolarne, ponieważ składają się głównie z wiązań węgiel-wodór. Te właściwości hydrofobowe umożliwiają lipidom tworzenie błon komórkowych, chroniących wnętrze komórek ze środowisk zewnętrznych, jednocześnie przepuszczając pewne substancje, takie jak tlen i dwutlenek węgla, przez dyfuzję.

Zastosowania przemysłowe

Polarne i niepolarne wiązania kowalencyjne odgrywają kluczową rolę w wielu zastosowaniach przemysłowych. 

• Na przykład cząsteczki polarne, takie jak woda jest stosowana jako rozpuszczalnik w wielu reakcjach chemicznych ze względu na ich zdolność do rozpuszczania substancji polarnych.
• Związki niepolarne są powszechnie stosowane w produkcji smarów, paliw i tworzyw sztucznych ze względu na ich odporność na wodę i inne rozpuszczalniki polarne. 
• Dodatkowo, chemicy mogą wykorzystać wiedzę o polarności do tworzenia materiałów o określonych właściwościach manipulując strukturą molekularną polimerów lub środków powierzchniowo czynnych.
• Na przykład projektowanie cząsteczki za pomocą zarówno regiony polarne, jak i niepolarne mogą prowadzić do ulepszonych emulgatorów stabilizujące mieszaniny olejowo-wodne w produktach spożywczych lub kosmetykach.

Jak ustalić, czy cząsteczka jest polarna czy niepolarna?

Aby określić, czy cząsteczka jest polarna czy niepolarna, można wykorzystać różnicę wartości elektroujemności zaangażowanych atomów i geometrię molekularną.

Wykorzystanie wartości elektroujemności do określenia, czy cząsteczka jest polarna czy niepolarna

Aby określić, czy wiązanie kowalencyjne jest polarne czy niepolarne, możesz użyć wartości elektroujemności. Oto jak:

• Znajdź wartości elektroujemności każdego atomu w wiązaniu.
• Oblicz różnicę między wartościami elektroujemności.
• Jeśli różnica jest mniejsza niż 0.4, wiązanie jest kowalencyjne niespolaryzowane.
• Jeśli różnica jest większa niż 0.4, ale mniejsza niż 1.7, wiązanie jest kowalencyjne spolaryzowane.
• Jeśli różnica jest większa niż 1.7, wiązanie jest jonowe.

Należy pamiętać, że ta metoda działa tylko w przypadku cząsteczek dwuatomowych. W przypadku bardziej złożonych cząsteczek należy wziąć pod uwagę zarówno wartości elektroujemności, jak i geometrię cząsteczkową, aby określić polaryzację.

Za pomocą geometrii molekularnej

Aby określić, czy cząsteczka jest polarna czy niepolarna, możesz również użyć geometria molekularna. Oto jak:

1. Narysuj Struktura Lewisa cząsteczki, aby określić jej wzór wiązania.
2. Określ kształt cząsteczki na podstawie liczby par elektronów wokół centralnego atomu za pomocą Teoria VSEPR.
3. Rozważ kąty wiązań i symetrię cząsteczki.
4. Spadam dipole wiązania znoszą się z powodu symetrii, to cząsteczka jest niepolarna, nawet jeśli ma wiązania polarne.
5. W przypadku nierównomiernego rozkładu częściowe opłaty w cząsteczce ze względu na niesymetryczną geometrię, to jest to cząsteczka polarna.

Pamiętaj, że zarówno polaryzacja wiązań, jak i geometria cząsteczki są ważnymi czynnikami decydującymi o tym, czy cząsteczka jest polarna, czy niepolarna.

Wpływ polarnych wiązań kowalencyjnych na reakcje chemiczne

Spolaryzowane wiązania kowalencyjne mogą wpływać na reakcje chemiczne poprzez promowanie lub hamowanie pewnych interakcji między cząsteczkami, co czyni je kluczowymi w określaniu wyniku reakcji.

Reaktywność chemiczna

Spolaryzowane wiązania kowalencyjne mają znaczący wpływ na reaktywność chemiczną cząsteczek. Ponieważ jeden atom w spolaryzowanym wiązaniu kowalencyjnym ma tendencję do przyciągania elektronów do siebie silniej niż do drugiego, tworzy częściowy ładunek dodatni na jednym końcu i częściowy ładunek ujemny na drugim.

To nierównomierny rozkład ładunków powoduje, że cząsteczki polarne są bardziej reaktywne w stosunku do innych cząsteczek które mają przeciwne ładunki. Na przykład woda jest cząsteczką polarną z dwoma atomami wodoru przyłączonymi do jednego atomu tlenu; powoduje to, że przenosi niewielki ładunek ujemny w pobliżu jego końca tlenowego i niewielkie ładunki dodatnie w pobliżu jego końców wodorowych.

Wpływ na rozpuszczalność

Polarne wiązania kowalencyjne mogą mieć znaczący wpływ na rozpuszczalność związku. 

• Związki z spolaryzowane wiązania kowalencyjne są zazwyczaj rozpuszczalne w wodzie, podczas gdy te z niepolarnymi wiązaniami kowalencyjnymi nie.
• To dlatego, że cząsteczki wody mają częściowo ładunki dodatnie, a częściowo ujemne ze względu na ich polarny charakter, który pozwala im korzystnie oddziaływać z innymi cząsteczkami polarnymi.
• Jednym z przykładów jest cukier, który ma w swojej strukturze wiele polarnych grup hydroksylowych (OH) i łatwo rozpuszcza się w wodzie. 
• W przeciwieństwie, olej zawiera głównie niepolarne wiązania węgiel-wodór (CH) i nie miesza się dobrze z wodą.

Porównanie z innymi rodzajami obligacji

Wiązania jonowe powstają w wyniku przenoszenia elektronów między atomami, podczas gdy wiązania metaliczne obejmują morze zdelokalizowanych elektronów wspólnych dla jonów metali; przeciwnie, polarne wiązania kowalencyjne powstają w wyniku nierównego podziału elektronów między atomami.

Wiązania jonowe

Wiązania jonowe to rodzaj wiązania chemicznego, które tworzy się między dwoma przeciwnie naładowanymi jonami. W przeciwieństwie do wiązań kowalencyjnych, w których atomy dzielą elektrony, wiązania jonowe powstają, gdy jeden atom oddaje elektron innemu atomowi. 

Powstały dodatnio i ujemnie naładowane jony przyciągają się elektrostatycznie, tworząc silne wiązanie. 

Jednym z typowych przykładów wiązania jonowego jest sól kuchenna (NaCl), który powstaje w wyniku przyciągania między dodatnio naładowanymi jony sodu (Na+) i ujemnie naładowane jony chlorkowe (Cl^-).

Podczas gdy wiązania kowalencyjne tworzą się, gdy istnieje podobna elektroujemność między dwoma atomami, wiązania jonowe występują, gdy występuje duża różnica elektroujemności. Elektronujemność odnosi się do tego, jak silnie atom przyciąga elektrony do siebie.

Wiązania metaliczne

Wiązanie metaliczne to A unikalny rodzaj wiązania chemicznego zachodzące między atomami metali. W przeciwieństwie do wiązań kowalencyjnych i jonowych, wiązanie metaliczne obejmuje współdzielenie elektronów walencyjnych pomiędzy masą atomów metali, tworząc ściśle upakowaną strukturę.

Ten rozkład elektronów prowadzi do charakterystycznych właściwości obserwowanych w metalach, takich jak wysoka przewodność elektryczna i cieplna, ciągliwość, plastyczność.

Te cechy są możliwe, ponieważ elektrony mogą swobodnie przepływać przez metalową siatkę bez znaczących zakłóceń.

Najczęściej zadawane pytania

Co to jest wiązanie kowalencyjne spolaryzowane i czym różni się od wiązania kowalencyjnego niespolaryzowanego?

Polarne wiązanie kowalencyjne występuje, gdy dwa atomy o różnych elektroujemnościach dzielą elektrony, co powoduje nierówny rozkład par elektronów między nimi. Niespolaryzowane wiązania kowalencyjne występują, gdy występuje równy podział elektronów między atomami o podobnych elektroujemnościach.

Jak określić, czy cząsteczka ma spolaryzowane wiązanie kowalencyjne?

Aby ustalić, czy cząsteczka ma spolaryzowane wiązanie kowalencyjne, należy najpierw zbadać różnicę wartości elektroujemności między atomami biorącymi udział w wiązaniu chemicznym. Jeśli występuje nierównomierny rozkład gęstości elektronów wokół cząsteczki, prawdopodobnie zawiera ona jedno lub więcej spolaryzowanych wiązań kowalencyjnych.

Jakie są przykłady cząsteczek, które mają spolaryzowane wiązania kowalencyjne?

Przykłady cząsteczek zawierających co najmniej jedno polarne wiązanie kowalencyjne obejmują wodę (H2O), amoniak (NH3), gazowy chlorowodór (HCl) i dwutlenek węgla (CO2).

Jak polarne wiązania kowalencyjne odgrywają rolę w układach biologicznych?

Polarne wiązania kowalencyjne odgrywają ważną rolę w wielu procesach biologicznych, takich jak fałdowanie białek, aktywność enzymatyczna oraz replikacja lub transkrypcja DNA. Cząsteczki wody, które otaczają biomolekuły, są połączone wiązaniami wodorowymi, które opierają się na polarności cząsteczek składowych, tworzących przyciąganie międzycząsteczkowe. Ponadto wiele leków opiera się na ich zdolności do tworzenia specyficznych interakcji poprzez własny zestaw grup funkcyjnych z pewnymi białkami lub receptorami występującymi w żywych organizmach - często za pośrednictwem obecności różnych polarnych i niepolarnych chemicznych „gorących punktów” w strukturze każdego związku, które pozwalają na ukierunkowaną aktywność wiązania w kierunku określonych miejsc wzdłuż powierzchni tych biomolekuł w zależności od tego, jaki typ (typy) może być obecny w danym momencie podczas zdarzeń interakcji między tymi dwoma rodzajami jednostek!

Czym różni się spolaryzowane wiązanie kowalencyjne od niespolaryzowanego wiązania kowalencyjnego?

Polarne wiązanie kowalencyjne obejmuje nierówny podział elektronów między atomami, co prowadzi do rozdzielenia ładunków. W przeciwieństwie do tego, niepolarne wiązanie kowalencyjne występuje, gdy elektrony są równo dzielone między atomy, co nie powoduje znaczącego rozdzielenia ładunków.

Czy możesz podać przykład spolaryzowanego wiązania kowalencyjnego?

Jednym z przykładów polarnego wiązania kowalencyjnego jest wiązanie tlen-wodór w wodzie (H2O). Atom tlenu, będąc bardziej elektroujemny niż wodór, silniej przyciąga elektrony, tworząc częściowy ładunek ujemny (δ-) na tlenie i częściowy ładunek dodatni (δ+) na wodorach.

Jak określa się polarność w wiązaniu kowalencyjnym?

Biegunowość w wiązaniu kowalencyjnym zależy od różnicy elektroujemności między dwoma zaangażowanymi atomami. Jeśli różnica elektroujemności wynosi od 0.4 do 1.7, wiązanie jest ogólnie klasyfikowane jako polarne.

Co to są wartości elektroujemności i jak wpływają na polaryzację?

Wartości elektroujemności wskazują względną zdolność atomu do przyciągania wspólnych elektronów w wiązaniu chemicznym. Gdy różnica elektroujemności między dwoma atomami jest znacząca (0.4-1.7), atom elektroujemny silniej przyciąga elektrony, co powoduje powstanie spolaryzowanego wiązania kowalencyjnego.

Jak zachowują się elektrony w spolaryzowanym wiązaniu kowalencyjnym?

W spolaryzowanym wiązaniu kowalencyjnym elektrony są nierówno podzielone między atomy. Bardziej elektroujemny atom bardziej przyciąga elektrony, powodując, że spędzają więcej czasu bliżej tego atomu i tworzą częściowy ładunek ujemny. Mniej elektroujemny atom doświadcza częściowego ładunku dodatniego.

Czy możesz podać przykłady pierwiastków, które zwykle tworzą polarne wiązania kowalencyjne?

Niemetale, takie jak tlen, azot i chlor, często tworzą spolaryzowane wiązania kowalencyjne ze względu na ich stosunkowo wysokie wartości elektroujemności.

 W jaki sposób pojęcie elektroujemności wzrasta od lewej do prawej w układzie okresowym?

Elektroujemność generalnie wzrasta od lewej do prawej w układzie okresowym. Oznacza to, że gdy poruszasz się od lewej do prawej, atomy mają tendencję do silniejszego przyciągania wspólnych elektronów, zwiększając prawdopodobieństwo utworzenia spolaryzowanych wiązań kowalencyjnych.

Czy wszystkie cząsteczki z wiązaniami polarnymi są ogólnie uważane za polarne?

Niekoniecznie. Ogólna polarność cząsteczki zależy od geometrii cząsteczki i sumy wektorów wypadkowych wiązań polarnych. W niektórych przypadkach polarność poszczególnych wiązań może się znosić, w wyniku czego powstaje niepolarna cząsteczka.

Co się dzieje, gdy atom ma niewielki ładunek dodatni lub ujemny w spolaryzowanym wiązaniu kowalencyjnym?

W spolaryzowanym wiązaniu kowalencyjnym atom o większej elektroujemności silniej przyciąga elektrony, uzyskując cząstkowy ładunek ujemny (δ-). W konsekwencji drugi atom w wiązaniu ma częściowy ładunek dodatni (δ+).

W jaki sposób można wykorzystać różnicę elektroujemności między dwoma atomami do określenia polarności wiązania?

Różnicę elektroujemności między dwoma atomami można wykorzystać do określenia polarności wiązania. Jeśli różnica elektroujemności mieści się w zakresie od 0.4 do 1.7, wiązanie jest ogólnie klasyfikowane jako polarne.

Dlaczego ważne jest, aby pamiętać różnicę elektroujemności polarnego wiązania kowalencyjnego?

Różnica elektroujemności zapewnia ilościową miarę polarności wiązania. Pomaga określić stopień rozdzielenia ładunków i stopień nierównego podziału elektronów w spolaryzowanym wiązaniu kowalencyjnym.

Wnioski

Podsumowując, polarne wiązania kowalencyjne odgrywają kluczową rolę w zrozumieniu zachowania cząsteczek. Kiedy dwa atomy dzielą elektrony nierówno, powstaje wiązanie polarne, co powoduje częściowe dodatnie i ujemne ładunki na atomach. Woda i fluorowodór to przykłady cząsteczek z polarnymi wiązaniami kowalencyjnymi, podczas gdy metan jest przykładem cząsteczki niepolarnej. Różnica elektroujemności między dwoma atomami może określić, czy wiązanie jest polarne, czy niepolarne. Zrozumienie tych koncepcji ma znaczenie zarówno biologiczne, jak i przemysłowe, pomagając nam w projektowaniu nowych leków i materiałów do różnych zastosowań. Używając różnych metod klasyfikacji polarności molekularnej, takich jak wartości elektroujemności lub geometria molekularna, możemy łatwo rozróżnić cząsteczki polarne i niepolarne.