Moleculaire vorm en polariteit

In een covalente binding zoals die van fluorwaterstofzuur worden de elektronen naar het meer elektronegatieve atoom getrokken, aangegeven door een gedeeltelijke lading. Dergelijke bindingen worden polaire bindingen genoemd. De ladingsscheiding creëert een vector genaamd het bindingsdipoolmoment, die wordt aangegeven door de Griekse letter mu.

De waarde ervan is het product van de grootte van de deelladingen en de afstand ertussen. De vector wijst van het minder naar het meer elektronegatieve atoom en geeft het dipoolmoment van de binding aan. De lengte is evenredig met de grootte van het elektronegativiteitsverschil tussen de twee atomen.

De meeste twee atomen moleculen die atomen van verschillende elementen bevatten, hebben dipoolmomenten en zijn daarom polaire moleculen. Elektrostatische potentiaalkaarten geven de gebieden met hoge en lage elektronendichtheid in de verbinding aan met respectievelijk rode en blauwe kleuren. Tussenliggende kleuren geven een matige elektronendichtheid weer.

In polyatomische verbindingen wordt het netto dipoolmoment bepaald door de individuele dipoolmomenten van de binding en de geometrie van de verbinding. Denk aan een watermolecuul met twee polaire bindingen. Het heeft een gebogen vorm en is een polair molecuul.

Een koolstofdioxidemolecuul daarentegen is lineair. De twee koolstof-zuurstofbindingen zijn polair maar zijn in tegengestelde richtingen georiënteerd, waardoor elkaars dipoolmoment wordt opgeheven en het totale molecuul niet-polair is. Carbonylsulfidemoleculen zijn ook lineair.

De dipoolmomenten van de koolstof-zuurstof-en koolstof-zwavelbindingen heffen elkaar echter niet op en het molecuul heeft een netto dipoolmoment. Boortrifluoride is een trigonale vlakke verbinding. De dipoolmomenten van de boor-fluor-bindingen heffen elkaar op vanwege de moleculaire symmetrie en de verbinding is niet-polair.

De dipoolmomenten van de drie polaire bindingen in trigonale piramidale fosfortrichloridemoleculen heffen elkaar echter niet op, waardoor het een polaire verbinding wordt. Tetrafluormethaan is een tetraëdrisch molecuul dat niet-polair is, aangezien de dipoolmomenten van de vier identieke polaire bindingen elkaar opheffen. Fluormethaan is ook een tetraëdrisch molecule.

Het heeft echter een netto dipoolmoment, aangezien de C-F-binding een groot dipoolmoment heeft in vergelijking met de C-H-bindingen, en de dipoolmomenten van de binding elkaar niet opheffen. In een elektrisch veld richten polaire moleculen het positieve uiteinde op de negatieve plaat en het negatieve uiteinde op de positieve plaat. Daarentegen blijven niet-polaire moleculen onaangetast door een elektrisch veld.

Over het algemeen lossen polaire oplosmiddelen polaire opgeloste stoffen op en niet-polaire oplosmiddelen lossen niet-polaire opgeloste stoffen op omdat vergelijkbare soorten moleculen doorgaans gunstiger interacties hebben. Water is polair en lost gemakkelijk polaire verbindingen op, zoals sucrose, algemeen bekend als tafelsuiker. Olie is niet-polair en blijft niet mengbaar met water.