Kształt cząsteczki i polaryzacja

W wiązaniu kowalencyjnym, takim jak kwas fluorowodorowy, elektrony są przyciągane w kierunku bardziej elektroujemnego atomu, na co wskazuje ładunek częściowy. Takie wiązania nazywane są wiązaniami biegunowymi.

Separacja ładunków tworzy wektor zwany momentem dipolowym wiązania, który jest oznaczony grecką literą μ. Jego wartość jest iloczynem wielkości ładunków cząstkowych i odległości między nimi.

Wektor wskazuje od mniejszego do bardziej elektroujemnego atomu i wskazuje moment dipolowy wiązania. Jego długość jest proporcjonalna do wielkości różnicy elektroujemności między dwoma atomami. Większość cząsteczek dwuatomowych zawierających atomy różnych pierwiastków ma momenty dipolowe i dlatego są cząsteczkami polarnymi. 

Mapy potencjału elektrostatycznego wskazują obszary o wysokiej i niskiej gęstości elektronów w związku odpowiednio kolorem czerwonym i niebieskim. Kolory pomiędzy nimi reprezentują umiarkowaną gęstość elektronów.

W związkach wieloatomowych wypadkowy moment dipolowy jest określany przez poszczególne momenty dipolowe wiązania i geometrię związku.

Rozważmy cząsteczkę wody z dwoma wiązaniami polarnymi. Ma wygięty kształt i jest cząsteczką polarną.

Natomiast cząsteczka dwutlenku węgla jest liniowa. Dwa wiązania węgiel-tlen są biegunowe, ale są zorientowane w przeciwnych kierunkach, znosząc nawzajem swój moment  dipolowy i sprawiając, że cała cząsteczka jest niepolarna. 

Cząsteczki siarczku karbonylu są również liniowe. Jednak momenty dipolowe wiązań węgiel-tlen i węgiel-siarka nie znoszą się nawzajem, a cząsteczka ma wypadkowy moment dipolowy. 

Trifluorek boru jest trygonalnym związkiem płaskim. Momenty dipolowe wiązań bor-fluor znoszą się nawzajem dzięki symetrii molekularnej, a związek jest niepolarny. 

Jednak momenty dipolowe trzech wiązań polarnych w trygonalnych piramidalnych cząsteczkach trichlorku fosforu nie znoszą się nawzajem, co czyni go związkiem polarnym.

Tetrafluorometan jest cząsteczką czworościenną, która jest niepolarna, ponieważ momenty dipolowe czterech identycznych wiązań polarnych znoszą się nawzajem. 

Fluorometan jest również cząsteczką czworościenną. Posiada jednak wypadkowy moment dipolowy, ponieważ wiązanie C-F ma duży moment dipolowy w porównaniu z wiązaniami C-H, a momenty dipolowe wiązania nie znoszą się nawzajem.

W polu elektrycznym cząsteczki polarne wyrównują koniec dodatni w kierunku płytki ujemnej, a koniec ujemny w kierunku płytki dodatniej. W przeciwieństwie do tego, cząsteczki niepolarne pozostają nienaruszone przez pole elektryczne. 

Ogólnie rzecz biorąc, rozpuszczalniki polarne rozpuszczają polarne substancje rozpuszczone, a rozpuszczalniki niepolarne rozpuszczają niepolarne substancje rozpuszczone, ponieważ podobne typy cząsteczek mają tendencję do bardziej korzystnych interakcji. Woda jest polarna i łatwo rozpuszcza związki polarne, takie jak sacharoza, powszechnie znana jako cukier stołowy. Olej jest niepolarny i nie miesza się z wodą.