- Apa este o moleculă polară, deoarece are o împărțire inegală a electronilor.
- O moleculă de apă are un oxigen (sarcină negativă) și doi atomi de hidrogen (sarcină pozitivă).
- Diferența dintre electronegativitatea atomilor și dispunerea lor în spațiu face ca apa să fie polară.
Termenul “polaritate” este adesea utilizat în electricitate și magnetism. În chimie, se referă la distribuția sarcinii (sarcinilor) electrice în jurul moleculelor, atomilor sau grupurilor chimice.
Pentru a ști dacă apa este polară sau nepolară, trebuie să înțelegem mai întâi cele două grupuri importante de molecule: moleculele polare și moleculele nepolare. În timp ce majoritatea moleculelor din lume au o anumită polaritate, câteva sunt complet polare sau nepolare.
Molecule polare
Atunci când doi atomi nu împart electronii în mod egal într-o legătură covalentă, aceștia dau naștere la molecule polare. O parte a moleculei poartă o mică sarcină negativă, în timp ce cealaltă parte poartă o mică sarcină pozitivă.
Moleculele polare se formează atunci când atomii lor au electronegativitate diferită. Fiecare atom are o electronegativitate specifică, care definește capacitatea sa de a câștiga electroni și de a forma ioni negativi în reacțiile chimice.
O diferență mai mică în electronegativitatea atomilor dă naștere unei legături covalente polare, în timp ce o diferență uriașă formează o legătură ionică. Cu alte cuvinte, legătura covalentă polară se formează atunci când un atom atrage mai mulți electroni, în timp ce legătura ionică se formează atunci când atomul cu o electronegativitate mai mare sustrage electronii de la un alt atom și nu îi împarte deloc.
Așadar, polaritatea descrie cât de diferiți sunt polii electrici ai moleculelor. Amoniacul (NH3), hidrogenul sulfurat (H2S), dioxidul de sulf (SO2) sunt câteva exemple de molecule polare.
Molecule nepolare
Moleculele nepolare se formează atunci când atomii lor împart electronii în mod egal într-o legătură covalentă și există o sarcină electrică zero pe moleculă. Toți electronii dintr-o legătură covalentă nepolară sunt răspândiți în mod egal.
Acest lucru se întâmplă atunci când doi atomi cu electronegativitate identică sau similară formează o legătură. Moleculele nepolare se pot forma, de asemenea, atunci când atomii lor au în comun o legătură polară care este dispusă în așa fel încât sarcinile lor electrice se anulează reciproc.
Dioxidul de carbon (CO2), metanul (CH4), benzenul (C6H6) sunt unele dintre cele mai comune exemple de molecule nepolare .
Cum să cunoști polaritatea unei molecule?
Există o metodă ușoară de a prezice dacă o moleculă este polară sau nepolară; trebuie să căutați electronegativitatea în tabelul periodic.
Dacă diferența dintre electronegativitatea celor doi atomi este mai mare de 2,0, atomii formează o legătură ionică, iar moleculele ionice sunt foarte polare. Dacă diferența se situează între 0,5 și 2,0, molecula este destul de polară.
Dacă diferența dintre electronegativitatea atomilor este mai mică de 0,5, atomii formează o legătură nepolară. Numai atomii identici formează molecule complet nepolare.
Acum revenim la întrebarea inițială: Apa este polară sau nepolară? Apa (H2O) este o moleculă polară, deoarece are o împărțire inegală a electronilor.
De ce este apa o moleculă polară?
Molecula de apă este formată dintr-un atom de oxigen și doi de hidrogen. Deoarece oxigenul este un atom foarte electronegativ, acesta atrage perechea de electroni (de la cei doi atomi de hidrogen) spre el însuși, dobândind astfel o sarcină negativă minusculă. Pe de altă parte, hidrogenul dobândește o sarcină pozitivă parțială.
Valoarea electronegativă a oxigenului și a hidrogenului este de 3,44 și, respectiv, 2,20.
Totuși, acesta nu este singurul factor care determină polaritatea moleculei. Celălalt factor major este aranjamentul spațial al atomilor – modul în care atomii din molecule sunt aranjați în jurul atomului central.
Pentru a înțelege mai bine acest concept, să ne uităm la formula structurală a dioxidului de carbon.
Acesta conține doi atomi de oxigen la fel de electronegativi, ambii aflați la un unghi de 180 de grade față de carbon. Deoarece ei trag electronii din carbon cu forță egală în direcții opuse, densitatea netă pe carbon rămâne neafectată.
Ambele capete ale moleculei poartă o sarcină ușor negativă, în timp ce atomul de carbon din mijloc poartă o sarcină ușor pozitivă, ceea ce face ca molecula de dioxid de carbon să fie nepolară.
Acum să ne uităm la o moleculă de apă.
Într-o moleculă de apă, oxigenul împarte un electron cu fiecare atom de hidrogen. Deoarece atomul de oxigen conține 6 electroni în învelișul său cel mai exterior, cei patru rămân nelegate. Aceste perechi de electroni legați și nelegate se rearanjează într-o structură tetraedrică.
Deoarece electronegativitatea oxigenului este mai mare decât cea a hidrogenului, acesta atrage electronii spre el. Astfel, zona din jurul oxigenului devine mai negativă în comparație cu regiunile din jurul celor doi atomi de hidrogen. Acest lucru face ca apa să fie o moleculă polară.
Referință: Northern Arizona University | London South Bank University
Notă: Deși ambele legături covalente dintre oxigen și hidrogen din apă sunt polare, molecula în ansamblu este neutră din punct de vedere electric. Fiecare moleculă de apă conține 10 electroni și 10 protoni, pentru o sarcină netă de zero.
Polaritatea apei face din ea un compus chimic special
Deoarece apa este o moleculă polară, aceasta poate forma interacțiuni electrostatice (atracție bazată pe sarcină) cu alte molecule și ioni polari. Și, deoarece apa este atrasă fie de sarcina electrică negativă, fie de cea pozitivă a unui solut, acționează ca un solvent polar. Acest lucru înseamnă că are o capacitate incredibilă de a dizolva substanțe.
Legăturile temporare de hidrogen dintre diferite molecule de apă îi conferă proprietăți interesante. Aceasta permite apei să stocheze energie termică substanțială sau să aibă o capacitate termică ridicată.
Deși este nevoie de multă energie pentru a încălzi apa, aceasta rămâne caldă pentru o perioadă mai lungă de timp decât majoritatea compușilor lichizi. Acest lucru face ca viața să fie posibilă pe Pământ, deoarece apa transportă căldura în regiunile care primesc puțină lumină solară.
Pe lângă faptul că posedă legături puternice și o capacitate de dizolvare impresionantă, apa are, de asemenea, caracteristici unice de densitate. Atunci când sunt înghețate, moleculele de apă sunt mai depărtate, dar puternic conectate între ele prin intermediul legăturilor de hidrogen.
Citește și: O singură picătură de apă produce suficientă energie pentru a aprinde 100 de becuri LED
Densitatea apei crește odată cu scăderea temperaturii, dar numai până la 4°C. Sub acest punct, densitatea scade, iar când temperatura ajunge la 0°C, devine mai ușoară decât apa lichidă. Acesta este motivul pentru care gheața plutește în apă (care susține viața marină).
