Dipole Moment

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.