Když už víme, jak kreslit strukturní vzorce, a víme,
jak předpovídat tvary molekul, využijme těchto znalostí k určení polarity molekul.
Zavedeme si k tomu veličinu dipólový moment.
Řekněme si, co to dipólový moment je.
Podívejme se na situaci napravo,
kde máme kladně nabitý proton
v určité vzdálenosti od záporně nabitého elektronu.
A řekněme, že jsou od sebe na vzdálenost d.
Víme, že proton a elektron mají stejnou velikost náboje.
Oba mají velikost náboje Q, který má velikost asi 1,6 krát 10 na minus 19 Coulombu.
Samozřejmě, že proton bude mít kladný náboj Q,
proto pojďme do toho a napišme Q plus.
A elektron bude mít záporný náboj Q, takto.
Chceme spočítat velikost dipólového momentu,
jehož symbolem je řecké písmeno mí.
Vypočítá se jako součin náboje Q a vzdálenosti d mezi náboji.
Neboli mí se rovná Q krát d.
A v tomto videu nebudeme zacházet do matematiky,
ale kdybyste to opravdu vypočítali,
vyjdou vám SI jednotky Coulomb krát metr,
ale prakticky se dipólový moment molekul uvádí v jednotkách Debye.
Nyní nás víc zajímá určení dipólového momentu
ve smyslu molekulární struktury, tak pojďme na to.
Podívejme se na elektronový strukturní vzorec HCl.
Když se podívám na kovalentní vazbu mezi vodíkem a chlorem,
vím, že kovalentní vazba je tvořena dvěma elektrony.
A chlor má vyšší elektronegativitu než vodík, což znamená,
že tyto dva elektrony budou přitahovány blíže chloru.
To vám zde nyní ukážu pomocí této šipky.
Šipka ukazuje ve směru pohybu elektronů,
takže tyto žluté elektrony se budou pohybovat blíž k chloru.
Proto bude mít chlor vyšší elektronovou hustotu okolo sebe
a to znázorňujeme pomocí částečného záporného náboje.
Napíšeme zde malé řecké písmeno delta
a je částečně záporné, neboť má zvýšenou elektronovou hustotu.
To je jeden z možných pohledů.
A protože vodík ztrácí část elektronové hustoty,
ztrácí část záporného náboje, a proto je částečně kladný.
Proto zde naznačíme částečný kladný náboj.
Vytváříme tak situaci, kdy polarizujeme molekulu.
Tato část molekuly napravo má zvýšenou elektronovou hustotu,
a proto se jedná o částečně zápornou stranu.
To je jeden pól.
Tato druhá strana ztrácí elektronovou hustotu,
a proto je částečně kladná, označíme to proto takto.
Tudíž zde naznačíme kladné znaménko.
Můžete tuto šipku brát i tak,
že toto malé znaménko plus vám říká,
jaké je rozložení náboje v této molekule.
Máte tedy tyto dva póly: kladný pól a záporný pól.
A pokud si představíte, že tyto dva póly mají "těžiště",
můžete si vzít vzdálenost mezi nimi
a můžete spočítat dipólový moment této molekuly.
A když spočítáte dipólový moment pro HCl,
mí se bude rovnat přibližně 1,11 jednotkám Debye.
Máme tedy polarizovanou vazbu a máme polarizovanou molekulu.
A proto můžeme říci, že HCl je relativně polární.
Má dipólový moment.
To je způsob, jakým nahlížíme na tyto molekuly.
Zkusme si další příklad.
Zkusme si oxid uhličitý.
Víme, že molekula CO2 je lineární.
Poté, co namalujeme strukturní vzorec,
máme lineární tvar, který bude důležitý,
jestliže se snažíme předpovědět dipólový moment.
Pojďme prozkoumat elektrony ve vazbě uhlík-kyslík.
Máme dvojnou vazbu mezi uhlíkem a mezi tímto kyslíkem
a víme, že kyslík má vyšší elektronegativitu než uhlík.
Takže kyslík přitáhne elektrony blíž k sobě.
A my v tomto případě namalujeme šipku neboli vektor šipkou směrem doprava.
A máme zde situaci, kdy má vazba dipól.
Nalevo máme naprosto stejnou situaci.
Kyslík má vyšší elektronegativitu než uhlík,
proto jsou elektrony přitahovány blíže k tomuto kyslíku.
Nakreslíme proto další šipku nebo další vektor pro tento případ.
A i přesto, že máme tyto samostatné dipóly vazby,
nesmíme zapomenout, že tato molekula je lineární
a že tyto dva vektory mají stejnou hodnotu, ale opačný směr.
Z tohoto důvodu se tyto dva vektory vyruší.
A proto neočekáváme, že by tato molekula jako celek měla dipólový moment.
Neexistuje zde žádný dipól molekuly.
Takže mí bude rovno nule.
Zjednodušený pohled je představit si to jako přetahování lanem.
Máte tu opravdu silné atomy, kyslíky na obou stranách, ale jsou stejně silné.
A když tahají stejnou silou v opačném směru, tak se to vyruší.
Jednotlivé dipóly vazeb vyruší.
Proto tato molekula nemá dipólový moment.
A oxid uhličitý je proto považován za nepolární.
Pojďme dál a podívejme se na molekulu vody napravo.
Jak to bude s elektrony v této kovalentní vazbě mezi vodíkem a kyslíkem?
Kyslík má vyšší elektronegativitu než vodík,
takže tyto elektrony budou přitahovány blíže kyslíku.
To samé platí pro tuto vazbu zde.
A máme také volné elektronové páry elektronů na centrálním atomu,
jež nesmíme opomenout.
Ty samozřejmě zvýší elektronovou hustotu v tomto směru pro tento volný pár
a v tomto směru pro tento pár.
Víme, že geometrie molekuly vody není lineární
a že je to obtížné znázornit zde na dvourozměrné rovině.
Když použijeme kuličkový model,
uvidíme, že celkový dipólový moment směřuje nahoru,
A že jednotlivé dipóly vazby se sečtou a dají nám dipól molekuly,
v tomto případě směřující nahoru,
a proto budeme mít dipólový moment náležící naší molekule vody.
Mí je v tomto případě přibližně 1,85, a vodu tedy považujeme za polární molekulu.
Ukažme si další dva příklady.
Nalevo je CCl4, neboli tetrachlormethan.
Vidíme, že uhlík je vázán na chlór.
Protože se jedná o nepřerušovanou čáru, znamená to, že je v rovině stránky.
Víme, že geometrie okolo tohoto atomu uhlíku je tetrahedrální,
tak si to také rozebereme.
Je zde nakreslen klín, což znamená,
že chlor vystupuje nad rovinu směrem k vám.
Pak je tu tečkovaná čára, to znamená, že tento chlor směřuje dozadu, za rovinu.
Takto si to musíme představit, ale je mnohem jednodušší
znázornit si to s užitím kuličkového modelu.
Vidíme, že jakkoliv otáčíme molekulou, vypadá stále stejně ve všech směrech.
Tetrahedrální uspořádání 4 stejných atomů kolem středu umožňuje otáčet molekulu.
Vždy bude ve trojrozměrném prostoru vypadat stejně.
To je velmi důležité při určování dipólového momentu této molekuly.
Pojďme nyní na to.
Začneme v rozdílech elektronegativity.
Když se podíváme na horní vazbu uhlík-chlor
a na tyto dva elektrony v této horní vazbě uhlík-chlor,
víme, že chlor má vyšší elektronegativitu než uhlík.
Představme si, že tyto elektrony jsou přitahovány blíže chloru.
Naznačím to zde zeleně.
Tyto dva elektrony tedy směřují tímto směrem.
A to samé platí pro všechny tyto chlory.
Chlor má vyšší elektronegativitu než uhlík,
takže stejně můžeme nakreslit všechny dipóly vazeb.
Můžeme zde nakreslit všechny čtyři.
V tomto případě máme čtyři dipóly,
ale ve trojrozměrném prostoru se vyruší.
I tento příklad je obtížné si představit ve dvourozměrném prostoru.
Ale kdybyste měli molekulu před vámi, bylo by to jednodušší.
Když ji budete otáčet, molekula bude vypadat stále stejně.
A tak se tyto jednotlivé dipóly vazeb vyruší,
tato molekula nemá žádný dipólový moment a mí je rovno nule.
Zjistili jsme tedy, že molekula tetrachlormethanu je nepolární.
Podívejme se na příklad napravo,
kde máme jeden vodík místo jednoho chloru.
Máme nyní CHCl3, neboli chloroform.
Rozeberme si nyní tuto molekulu.
Podívejme se hlavně na tuto vazbu:
uhlík má o trochu vyšší elektronegativitu než vodík,
takže tentokrát se elektrony v této vazbě budou přesouvat směrem k uhlíku.
A znovu, uhlík versus chlor; chlor má vyšší elektronegativitu,
takže máme dipólový moment v tomto směru,
což můžeme udělat i pro zbývající chlory.
A tak je to v tomto případě, doufejme, trochu snazší na představu.
V tomto případě se jednotlivé dipóly vazeb zkombinují
a vznikne celkový dipól směřující dolů.
Snažím se nakreslit dipól molekuly,
dipól molekuly jako celku směřující dolů,
pro naše konkrétní znázornění molekuly.
A protože tu mám vodík, není zde žádný tah nahoru,
který by vyrovnal tah směrem dolů.
A proto předpokládáme, že tato molekula má dipólový moment.
Mí je pro chloroform přibližně 1,01,
a tak je zcela jistě více polární než náš příklad s tetrachlormethanem.