Polarnost i međumolekulske interakcije

Polarne i nepolarne molekule

Kovalentna veza može biti polarna ili nepolarna. U nepolarnoj kovalentnoj vezi atomi su iste elektronegativnosti te je zajednički elektronski par jednako raspodijeljen između atoma. Ukoliko su atomi u spoju različite elektronegativnosti, odnosno elektronski par nalazi se više na strani jednog atoma radi se o polarnoj kovalentnoj vezi. Kako u polarnoj molekuli dolazi do razdvajanja naboja, jedan od atoma, onaj koji je elektropozitivniji, dobiva parcijalno pozitivni naboj (δ⁺), a drugi, onaj koji je elektronegativniji, parcijalno negativan (δ^-), tj. stvaraju se dva pola pa za molekulu kažemo da je dipolna. Osim razlike u elektronegativnosti, na polarnost molekule utječe i građa molekule. U molekulama čija je građa simetrična (pr. molekule linearne i tetraedarske strukture), dipolni momenti (µ) se međusobno poništavaju te je takva molekula nepolarna.

Pr. U molekuli H₂O imamo dva slobodna elektronska para na dušiku. Struktura molekule je V-oblika. Kisik ima parcijalno negativni, a vodici parcialno pozitivni naboj. To znači da kisik privlači elektronski oblak prema sebi i, kako ne dolazi do poništavanja dipola zbog oblika molekule, ona je polarna.

Pr. U molekuli CO₂ kisikovi atomi povezani su sa dvije dvostruke veze s atomom ugljika, na atomu ugljika nemamo slobodnog elektronskog para. Iako postoji značajna razlika u elektronegativnosti kisika i ugljika, gdje kisikovi atomi imaju parcijalno negativni naboj, a ugljik parcijalno pozitivni, svaki od kisika jednako privlači elektronski oblak prema sebi, što stvara linearnan oblik molekule jer dolazi do poništavanja dipola (dva dipolna momenta u suprotnim smjerovima).

Međumolekulske interakcije

S obzirom na prirodu samih atoma, molekula (polarnosti i nepolarnost) i iona (kationi i anioni), razlikuje različite vrste međumolekulskih sila ili interakcija. U tablici su prikazane osnovne međumolekulske interakcije - van der Waalsove interakcije i vodikove veze. U van der Waalsove interakcije ubrajamo Londonove ili disperzijskem sile, dipol-inducirani dipol interakcije, ion-inducirani dipol interakcije, dipol-dipol interakcije te ion-dipol interakcije. Najslabije interakcije su Londonove sile, a najjače su vodikove veze.

Vodikove veze

Vodikove veze su esencijalne za razumijevanje mnogih kemijskih i bioloških procesa. Iako su slabije od kovalentnih i ionskih veza, njihova prisutnost značajno utječe na svojstva tvari i igra ključnu ulogu u održavanju strukture složenih molekula u živim organizmima. Ona se formira između molekula kada je atom vodika vezan za visoko elektronegativan atom poput kisika, dušika ili fluora.

Vodikova veza nastaje kada pozitivno polaran vodikov atom u jednoj molekuli privuče negativno polaran atom kisika, dušika ili fluora u drugoj molekuli. U prikazu vodikove veze, ona se označava s tri uzastopne crtice.

U molekuli vode (H₂O), kisik ima veću elektronegativnost od vodika, što stvara polarizaciju. Kisik postaje djelomično negativan (δ⁻), a vodik djelomično pozitivan (δ⁺). Vodikove veze se formiraju između pozitivno polariziranih vodikovih atoma jedne molekule vode i negativno polariziranih kisikovih atoma druge molekule vode. Vodikove veze između molekula vode odgovorne su za mnoga jedinstvena svojstva vode, poput visokog vrelišta i točke taljenja, površinske napetosti i sposobnosti otapanja mnogih tvari.

Na sljedećoj slici prikazano je nastajanje vodikovih veza između istovrsnih molekula fluorovodika, vode i amonijaka.