TEMA7. Sidoksen dipolimomentti. Molekyylin dipolimomentti. Vetysidos.
Sidoksen polarisuuden mitta on sen dipolimomentti μ:
μ = e·l,
missä e on elektronin varaus ja l on etäisyys positiivisen ja negatiivisen varauksen keskusten välillä.
Dipolimomentti on vektorisuure. Käsitteet "sidoksen dipolimomentti" ja "molekyylin dipolimomentti" ovat samat vain kaksiatomisilla molekyyleillä. Molekyylin dipolimomentti on kaikkien sidosten dipolimomenttien vektorinen summa. Siten moniatomisen molekyylin dipolimomentti riippuu sen rakenteesta.
Lineaarisessa CO₂-molekyylissä esimerkiksi jokainen C–O-sidos on polaarinen. Kuitenkin CO₂-molekyyli kokonaisuutena on pooliton, koska sidosten dipolimomentit kumoavat toisensa (kuva 5.4). Hiilidioksidimolekyylin dipolimomentti μ = 0.
Kulmamaisessa H₂O-molekyylissä polaariset H–O-sidokset sijaitsevat 104,5° kulmassa. Kahden H–O-sidoksen dipolimomenttien vektorinen summa vastaa parallelogramin lävistäjää (kuva 5.4). Tämän seurauksena veden molekyylin dipolimomentti μ ei ole nolla.
Kuva 5.4. CO₂- ja H₂O-molekyylien dipolimomentit

Esimerkki 1. Määritä, mitkä seuraavista molekyyleistä F₂, HF, BeF₂, BF₃, PF₃, CF₄ ovat polaarisia.
Ratkaisu: Kaksiatomiset molekyylit, jotka muodostuvat samoista atomeista (F₂), ovat poolittomia, kun taas erilaisista atomeista muodostuvat (HF) ovat polaarisia. Kolmi- tai useampiatomisten molekyylien polarisuus määräytyy niiden rakenteen mukaan. Molekyylien BeF₂, BF₃ ja CF₄ rakenne selitetään atomiorbitaalien hybridisaation avulla (vastaavasti sp-, sp²- ja sp³-hybridisaatio). Näissä molekyyleissä E–F-sidosten dipolimomenttien geometristen summien tulos on nolla, joten ne ovat poolittomia.

PF₃-molekyylissä fosforiatomin kolme p-orbitaalia limittyvät kolmen fluoriatomin elektronisten p-orbitaalien kanssa. Tämän seurauksena molekyylillä on pyramidirakenne. Samanlaiseen johtopäätökseen päädytään myös, jos PF₃:n rakennetta selitetään sp³-hybridisaation avulla, jossa mukana on jakamaton elektronipari. R–F-sidosten kokonaisdipolimomentti ei ole nolla, ja siksi tämä molekyyli on polaarinen.

Esimerkki 2. Kuvaile hapen ja seleenin atomien valenssimahdollisuudet.
Ratkaisu: Hapen atomin elektronirakenne on 1s²2s²2p⁴. Tämän atomin uloimmalla elektronikuorella on vain kuusi elektronia, joista kaksi on parittomia. Siksi hapella on yhdisteissään kaksiarvoinen valenssi. Tämä on hapen ainoa mahdollinen valenssitila, koska toisen jakson alkuaineilta puuttuvat d-orbitaalit.

Seleenin atomi kuuluu neljänteen jaksoon, ja sen uloimmalla elektronikuorella on s- ja p-orbitaalien lisäksi myös d-orbitaaleja, joihin s- ja p-elektronit voivat virittyä. Tämän seurauksena, kuten rikkikin (kuva 5.9), seleeni voi yhdisteissään olla paitsi kaksiarvoinen, myös neli- ja kuusiarvoinen.

Esimerkki 3. Aseta molekyylit NH₃, H₂O, SiH₄, PH₃ järjestykseen kasvavan vetyä sitovan kemiallisen sidoksen pituuden mukaan.
Ratkaisu: Sidospituus kasvaa atomin koon kasvaessa. Järjestys sidospituuden kasvun mukaan on: H₂O, NH₃, PH₃, SiH₄.

Esimerkki 4. Aseta molekyylit O₂, N₂, Cl₂, Br₂ järjestykseen kasvavan kemiallisen sidoksen energian mukaan.
Ratkaisu: Sidoksen energia kasvaa sidospituuden lyhentyessä ja sidoksen kertaluvun kasvaessa. Siksi yksinkertainen sidos kloorimolekyylissä on vahvempi kuin vastaava sidos bromimolekyylissä. O₂-molekyylissä on kaksoissidos. Tämä sidos on vahvempi kuin kloorin yksinkertainen sidos, mutta heikompi kuin typen kolmoissidos. Lopputuloksena sidoksen energia kasvaa seuraavassa järjestyksessä: Br₂, Cl₂, O₂, N₂.

Esimerkki 5. Määritä seuraavien aineiden kiderakenne: grafiitti, sinkki, sinkkikloridi, kiinteä hiilidioksidi.

Ratkaisu: Grafiitilla, kuten timantillakin, on atomikiderakenne, kun taas sinkillä on metallinen kiderakenne. Sinkkikloridilla on ionikiderakenne. Kiinteän hiilidioksidin kiderakenteen hilapaikoilla sijaitsevat CO₂-molekyylit, joten tämä aine on kiinteässä olomuodossaan molekyylikiteinen.

Määritä, mitkä seuraavista molekyyleistä CO, CO₂, C₂H₂, H₂S, PH₃, Cl₂ ovat poolittomia.

5.2.
Kuvaile fluorin ja bromin atomien valenssimahdollisuudet.

5.3.
Aseta molekyylit Cl₂, Br₂, O₂, N₂ järjestykseen kasvavan kemiallisen sidospituuden mukaan.

5.4.
Aseta molekyylit H₂O, H₂S, H₂Se, H₂Te järjestykseen kasvavan vetyä sitovan sidoksen energian mukaan.

5.5.
Määritä seuraavien aineiden kiderakenne: rauta, pii, jodi, kalsiumfluoridi

Kuinka tehokkaasti CO2 voidaan talteenottaa eri adsorbenttien avulla?
Miten valonsäteiden käyttäytyminen muuttuu kaarevassa avaruudessa ja mitä tämä kertoo maailmankaikkeuden rakenteesta?
Miten EMDR-hoidossa tunnistetaan ja käsitellään laukaisijat, uskomukset ja tulevaisuuden pelot?
Miten Pariisi on mennyt mädäksi?
Mikä on CSF:n ja Jastrow–Slaterin rooli kvanttimekaniikassa?
Miten n-grammit ja alikappaleet voivat parantaa haavoittuvuuksien arviointia ja ennustamista?
Turvallinen kesä - 2017: Koko koulun vanhempainkokous ja kouluvuoden huipennus
Varovaisuutta, ohut jää!
Materiaalinen ja tekninen tuki opetustoiminnalle taloustieteessä
Toimintasuunnitelma MKOU:n 2. keskikoulun koulutustoiminnan laadun parantamiseksi riippumattoman koulutuksen arvioinnin tulosten perusteella vuosille 2018-2019
Hiukkasten geometrisen muodon ennustaminen: atomiorbitaalien hybridisaation ja molekyylien avaruusrakenteen tarkastelu