Momento dipolare

Cos'è il momento dipolare

In un legame covalente il momento dipolare (μ) è il prodotto tra il valore assoluto di una carica dei due atomi (δ) e la distanza (d) dei nuclei atomici.

E' una grandezza vettoriale parallelo al legame chimico con modulo |μ| e una direzione che congiunge le due cariche.

Per convenzione, il verso del vettore è dall'atomo meno elettronegativo (carica positiva) a quello più elettronegativo (carica negativa).

il simbolo delle molecole polari

Se la molecola è composta da più legami chimici, il momento dipolare è approssimabile come somma vettoriale dei momenti dipolari di tutti i legami chimici.

un esempio di molecola polare

Qual è l'unità di misura? Nel sistema internazionale il momento dipolare si misura in Coulomb per metri C·m. Tuttavia, nelle molecole il momento dipolare spesso si misura in debye (D) in quanto è un unità di misura molto piccola. $$ 1 \: D = 3,336 \cdot 10^{-30} C \cdot m $$

A cosa serve il momento dipolare?

Il momento dipolare misura la polarità di un legame chimico e la tendenza del dipolo a orientarsi per effetto di un campo elettrico.

Una molecola polare ha al suo interno una carica positiva e una negativa.

l'orientamento di una molecola polare in un campo elettrico

Quindi, la molecola tende a cambiare il propio orientamento nello spazio quando è vicina a campi elettrici esterni.

Inoltre, il confronto tra il momento dipolare e la costante dielettrica mi fornisce informazioni utili sulla forma della molecola e sulla geometria molecolare.

La costante dielettrica

Cos'è la costante dielettrica

La costante dielettrica (ε) è una misura sperimentale del momento dipolare di una sostanza.

Se una sostanza ha un elevato valore della costante dielettrica, è composta da molecole polari.

Qual è la differenza tra costante dielettrica e momento dipolare? La costante dielettrica è un valore misurato a livello sperimentale. Il momento dipolare è, invece, un calcolo teorico che può essere confermato o meno dalla costante dielettrica.

Un esempio pratico

La molecola d'acqua è composta da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno.

$$ H_2 O $$

Qual è la forma della molecola H2O?

Potrei scrivere la formula di struttura nel seguente modo

esempio di molecola d'acqua

Questa formula di struttura lascia intendere che la molecola d'acqua ha una forma simmetrica e lineare. In realtà non è così.

In una struttura lineare e simmetrica il momento dipolare è nullo, perché la somma vettoriale dei due momenti dipolari nei due legami è nulla.

Nota. In una struttura lineare e simmetrica i due legami hanno un momento dipolare uguale e opposto. Quindi, la sua costante dielettrica dovrebbe essere nulla.

Tuttavia, andando a misurare la costante dielettrica dell'acqua mi accorgo che è pari a ε=80. Non è nulla.

Quindi, la forma della molecola non può essere lineare e simmetrica.

Soltanto una forma angolare è compatibile con la costante dielettrica ε=80.

Da questo deduco che la molecola d'acqua è una molecola angolare.

la forma della molecola d'acqua

Ho così studiato la geometria molecolare dell'acqua.

Esempio 2

La molecola di anidride carbonica (o biossido di carbonio) è composta da un atomo di carbonio (C) e due atomi di ossigeno (O)

$$ CO_2 $$

La costante dielettrica dell'anidride carbonica è ε=0.

Da questo deduco che la molecola di CO2 ha una forma lineare e simmetrica perché è l'unica in cui la somma vettoriale dei momenti dipolari è uguale a zero

la formula di struttura della CO2

Nota. L'atomo di carbonio (2s2 2p2) mette a disposizione 4 elettroni di valenza per raggiungere la configurazione dell'elio. Ogni atomo di ossigeno (2s2 2p4) mette a disposizione 2 elettroni per raggiungere la configurazione del neon.

E così via.

 


 

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I legami chimici