Најважније из лекције
Поларност везе: Зависи од разлике електронегативности (\( \Delta\chi \)). Ако је \( \Delta\chi = 0 \), веза је неполарна (\( \text{H}_2, \text{O}_2 \)). Ако је \( \Delta\chi > 0 \), веза је поларна са парцијалним наелектрисањима \( \delta^+ \) и \( \delta^- \) (\( \text{HCl}, \text{H}_2\text{O} \)).
Диполни моменат: \( \mu = q \cdot l \), мерна јединица \( \text{C}\cdot\text{m} \). Вектор усмерен од \( \delta^+ \) ка \( \delta^- \).
Геометрија молекула: Одређује се према броју електронских домена (везе + слободни парови): 2 домена = линеарна (\( 180^\circ \)); 3 домена = тригонално-планарна / савијена (\( 120^\circ \)); 4 домена = тетраедарска / пирамидална / савијена (\( \approx 109,5^\circ \)).
Поларност молекула: Молекул је неполаран ако се сви вектори диполних момената поништавају услед симетрије (\( \mu_{\text{укупно}} = 0 \), нпр. \( \text{CO}_2, \text{CH}_4, \text{CCl}_4 \)), а поларан ако је збир вектора различит од нуле (\( \mu_{\text{укупно}} \neq 0 \), нпр. \( \text{H}_2\text{O}, \text{NH}_3, \text{SO}_2, \text{CH}_3\text{Cl} \)).
Диполни моменат: \( \mu = q \cdot l \), мерна јединица \( \text{C}\cdot\text{m} \). Вектор усмерен од \( \delta^+ \) ка \( \delta^- \).
Геометрија молекула: Одређује се према броју електронских домена (везе + слободни парови): 2 домена = линеарна (\( 180^\circ \)); 3 домена = тригонално-планарна / савијена (\( 120^\circ \)); 4 домена = тетраедарска / пирамидална / савијена (\( \approx 109,5^\circ \)).
Поларност молекула: Молекул је неполаран ако се сви вектори диполних момената поништавају услед симетрије (\( \mu_{\text{укупно}} = 0 \), нпр. \( \text{CO}_2, \text{CH}_4, \text{CCl}_4 \)), а поларан ако је збир вектора различит од нуле (\( \mu_{\text{укупно}} \neq 0 \), нпр. \( \text{H}_2\text{O}, \text{NH}_3, \text{SO}_2, \text{CH}_3\text{Cl} \)).
Електронегативност (\( \chi \)) је способност атома да привуче заједнички електронски пар из хемијске везе. То је релативна величина и нема мерну јединицу (најчешће се користи Полингова скала од 0,7 до 4,0).
Неполарна ковалентна веза настаје између атома истих или сличних електронегативности (\( \Delta\chi = 0 \)), где је електронска густина равномерно распоређена између језгара. Налази се у молекулима елемената: \( \text{H}_2, \text{O}_2, \text{N}_2, \text{Cl}_2, \text{P}_4, \text{S}_8 \).
Поларна ковалентна веза настаје између атома различитих електронегативности (\( \Delta\chi > 0 \)). Електронска густина је померена ка електронегативнијем атому, због чега се јављају парцијална (делимична) наелектрисања:
- \( \delta^- \) (делта минус) – на електронегативнијем атому
- \( \delta^+ \) (делта плус) – на мање електронегативном атому
У молекулу \( \text{HCl} \), хлор (\( \chi = 3,0 \)) јаче привлачи електронски пар од водоника (\( \chi = 2,1 \)), па молекул записујемо као \( \overset{\delta^+}{\text{H}}-\overset{\delta^-}{\text{Cl}} \).
Разврстај следеће везе на поларне и неполарне: \( \text{Br–Br}, \text{C–O}, \text{N–N}, \text{H–F}, \text{C–H} \).
Поларне везе: \( \text{C–O}, \text{H–F}, \text{C–H} \) (између различитих неметала).
Неполарне везе: \( \text{Br–Br}, \text{N–N} \) (између идентичних атома).
Неполарне везе: \( \text{Br–Br}, \text{N–N} \) (између идентичних атома).
Диполни моменат (\( \mu \)) је векторска физичка величина којом се квантитативно описује поларност хемијске везе или молекула.
Кулон-метар (\( \text{C}\cdot\text{m} \))
\[ \mu = q \cdot l \]
\( q \) – количина парцијалног наелектрисања, \( l \) – дужина дипола (растојање између центара наелектрисања)
Вектор диполног момента има правац хемијске везе, а усмерен је од парцијално позитивног ка парцијално негативном атому (\( \delta^+ \to \delta^- \)). Што је већа разлика у електронегативности (\( \Delta\chi \)), већи је диполни моменат и веза је поларнија.
Упоређивање диполног момента халогеноводоника на основу разлике у електронегативности (\( \Delta\chi \)):
\[ \mu(\text{HF}) > \mu(\text{HCl}) > \mu(\text{HBr}) > \mu(\text{HI}) \]
јер је \( \Delta\chi(\text{H–F}) = 1,9 \), а \( \Delta\chi(\text{H–I}) = 0,4 \).
Геометрија молекула представља просторни распоред атома у молекулу и одређена је бројем електронских домена око централног атома.
Електронски домен чини свака хемијска веза (једнострука, двострука или трострука се рачунају као један домен) или сваки слободан електронски пар / неспарен електрон на централном атому.
| Број домена | Распоред веза и слободних парова | Облик молекула (геометрија) | Угао веза | Примери |
|---|---|---|---|---|
| 2 домена | 2 везе, 0 слободних парова | Линеарна | \( 180^\circ \) | \( \text{CO}_2, \text{BeCl}_2, \text{HCN} \) |
| 3 домена | 3 везе, 0 слободних парова 2 везе, 1 слободан пар |
Тригонално-планарна Савијена |
\( 120^\circ \) \( < 120^\circ \) |
\( \text{BF}_3, \text{SO}_3, \text{NO}_3^- \) \( \text{SO}_2, \text{NO}_2^- \) |
| 4 домена | 4 везе, 0 слободних парова 3 везе, 1 слободан пар 2 везе, 2 слободна пара |
Тетраедарска Тригонално-пирамидална Савијена |
\( 109,5^\circ \) \( \approx 107^\circ \) \( \approx 105^\circ \) |
\( \text{CH}_4, \text{CCl}_4, \text{NH}_4^+ \) \( \text{NH}_3 \) \( \text{H}_2\text{O} \) |
Слободни електронски парови заузимају већи простор од везивних парова и међусобно се јаче одбијају, због чега смањују вредност угла између веза (нпр. у води је угао \( 105^\circ \) уместо правилног тетраедарског угла од \( 109,5^\circ \)).
Поларност целог молекула зависи од поларности појединачних веза и геометрије молекула.
Укупни диполни моменат молекула (\( \mu_{\text{укупно}} \)) једнак је векторском збиру диполних момената свих појединачних веза:
- Неполаран молекул (\( \mu_{\text{укупно}} = 0 \)): Вектори диполних момената се услед симетрије молекула међусобно поништавају.
- Поларан молекул (\( \mu_{\text{укупно}} \neq 0 \)): Асиметричан молекул у којем се вектори диполних момената веза не поништавају (молекул има трајни дипол).
- \( \text{CO}_2 \) (неполаран): Садржи две поларне \( \text{C=O} \) везе, али је молекул линеаран (\( 180^\circ \)). Вектори су истог интензитета и супротног смера, па се поништавају (\( \mu_{\text{укупно}} = 0 \)).
- \( \text{SO}_2 \) (поларан): Има савијену геометрију због слободног електронског пара на сумпору; вектори се не поништавају (\( \mu_{\text{укупно}} \neq 0 \)).
- \( \text{CCl}_4 \) (неполаран): Садржи четири поларне \( \text{C–Cl} \) везе распоређене у правилан симетричан тетраедар, па је \( \mu_{\text{укупно}} = 0 \).
- \( \text{H}_2\text{O} \) (поларан): Савијена геометрија узрокује сабирање вектора диполних момената \( \text{O–H} \) веза ка кисеонику (\( \mu_{\text{укупно}} \neq 0 \)).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): На основу вредности електронегативности одреди који од наведених молекула има најполарнију ковалентну везу: \( \text{H}_2, \text{HCl}, \text{HBr}, \text{HF} \).
Разлика у електронегативности је највећа између водоника (\( \chi = 2,1 \)) и флуора (\( \chi = 4,0 \)):
\[ \Delta\chi(\text{H–F}) = 4,0 - 2,1 = 1,9 \]
Веза са највећом вредношћу \( \Delta\chi \) је најполарнија, што значи да молекул HF има најполарнију везу.
Задатак 2 (средњи): Молекули \( \text{BF}_3 \) и \( \text{NH}_3 \) садрже по три поларне везе. Објасни зашто је \( \text{BF}_3 \) неполаран молекул, док је \( \text{NH}_3 \) поларан.
- \( \text{BF}_3 \): Бор има 3 везивна електронска домена и нема слободних електронских парова. Геометрија молекула је тригонално-планарна (углови \( 120^\circ \)), што је потпуно симетричан просторни распоред. Вектори три поларне \( \text{B–F} \) везе се поништавају, па је \( \mu_{\text{укупно}} = 0 \) (молекул је неполаран).
- \( \text{NH}_3 \): Азот има 4 домена (3 везе и 1 слободан електронски пар). Геометрија молекула је тригонално-пирамидална. Због асиметрије и присуства слободног електронског пара, вектори диполних момената се не поништавају, већ се сабирају ка атому азота (\( \mu_{\text{укупно}} \neq 0 \)), па је молекул поларан.
Задатак 3 (средњи): Одреди геометрију и поларност молекула цијановодоника (\( \text{HCN} \)).
Структурна формула је \( \text{H–C}\equiv\text{N} \).
Централни атом угљеника има 2 електронска домена (једнострука \( \text{C–H} \) веза и трострука \( \text{C}\equiv\text{N} \) веза), без слободних парова, па је геометрија линеарна (угао \( 180^\circ \)).
Пошто је веза \( \text{C}\equiv\text{N} \) знатно поларнија од везе \( \text{C–H} \), вектори диполних момената су различитог интензитета и не могу се међусобно поништити. Укупни диполни моменат је различит од нуле (\( \mu_{\text{укупно}} \neq 0 \)), па је молекул поларан.
Централни атом угљеника има 2 електронска домена (једнострука \( \text{C–H} \) веза и трострука \( \text{C}\equiv\text{N} \) веза), без слободних парова, па је геометрија линеарна (угао \( 180^\circ \)).
Пошто је веза \( \text{C}\equiv\text{N} \) знатно поларнија од везе \( \text{C–H} \), вектори диполних момената су различитог интензитета и не могу се међусобно поништити. Укупни диполни моменат је различит од нуле (\( \mu_{\text{укупно}} \neq 0 \)), па је молекул поларан.
Задатак 4 (тежак): Дата су три тетраедарска молекула: \( \text{CH}_4 \), \( \text{CH}_3\text{Cl} \) и \( \text{CCl}_4 \). Који су од њих поларни, а који неполарни? Детаљно образложи.
Сва три молекула имају тетраедарски распоред 4 везе око атома угљеника (угао приближно \( 109,5^\circ \)):
- \( \text{CH}_4 \): Све четири везе су идентичне (\( \text{C–H} \)). Због потпуне тетраедарске симетрије, сви вектори диполних момената се поништавају (\( \mu_{\text{укупно}} = 0 \)) \(\to\) неполаран.
- \( \text{CCl}_4 \): Све четири везе су идентичне (\( \text{C–Cl} \)) и поларне. Пошто је геометрија симетричан тетраедар, вектори се поништавају (\( \mu_{\text{укупно}} = 0 \)) \(\to\) неполаран.
- \( \text{CH}_3\text{Cl} \): Садржи три \( \text{C–H} \) везе и једну изразито поларну \( \text{C–Cl} \) везу. Симетрија наелектрисања је нарушена јер хлор знатно јаче привлачи електроне од водоника. Вектори се не поништавају (\( \mu_{\text{укупно}} \neq 0 \)) \(\to\) поларан.
