Momenti di dipolo
La distribuzione asimmetrica della carica in una sostanza polare come l’HCl produce un momento di dipolo dove \( Qr \) in metri (m). è abbreviato dalla lettera greca mu (µ). Il momento di dipolo è definito come il prodotto della carica parziale Q sugli atomi legati e la distanza r tra le cariche parziali.
Quando una molecola con un momento di dipolo è posta in un campo elettrico, tende ad orientarsi con il campo elettrico a causa della sua distribuzione asimmetrica della carica (Figura \PageIndex{4}\).
Figura \PageIndex{5}\: Le molecole che possiedono un momento di dipolo si allineano parzialmente con un campo elettrico applicato. In assenza di un campo (a), le molecole di HCl sono orientate in modo casuale. Quando viene applicato un campo elettrico (b), le molecole tendono ad allinearsi con il campo, in modo tale che l’estremità positiva del dipolo molecolare punta verso il terminale negativo e viceversa.
Il momento di dipolo misurato di HCl indica che il legame H-Cl ha circa il 18% di carattere ionico (0,1811 × 100), o 82% di carattere covalente. Invece di scrivere HCl come
\
possiamo quindi indicare la separazione di carica quantitativamente come
\
I nostri risultati calcolati sono in accordo con la differenza di elettronegatività tra idrogeno e cloro χH = 2,20; χCl = 3,16, χCl – χH = 0,96), un valore ben entro l’intervallo dei legami covalenti polari. Indichiamo il momento di dipolo scrivendo una freccia sopra la molecola. Matematicamente, i momenti di dipolo sono vettori, e possiedono sia una grandezza che una direzione. Il momento di dipolo di una molecola è la somma vettoriale dei dipoli dei singoli legami. In HCl, per esempio, il momento di dipolo è indicato come segue:
La freccia mostra la direzione del flusso di elettroni puntando verso l’atomo più elettronegativo.
La carica sugli atomi di molte sostanze in fase gassosa può essere calcolata usando momenti di dipolo misurati e distanze di legame. La figura \PageIndex{6} mostra un grafico della percentuale di carattere ionico rispetto alla differenza di elettronegatività degli atomi legati per diverse sostanze. Secondo il grafico, il legame in specie come NaCl(g) e CsF(g) è sostanzialmente meno del 100% di carattere ionico. Quando il gas si condensa in un solido, tuttavia, le interazioni dipolo-dipolo tra le specie polarizzate aumentano le separazioni di carica. Nel cristallo, quindi, un elettrone viene trasferito dal metallo al non metallo, e queste sostanze si comportano come i classici composti ionici. I dati della figura 6 mostrano che le specie biatomiche con una differenza di elettronegatività inferiore a 1,5 hanno un carattere ionico inferiore al 50%, il che è coerente con la nostra precedente descrizione di queste specie come contenenti legami covalenti polari. L’uso dei momenti di dipolo per determinare il carattere ionico di un legame polare è illustrato nell’esempio \(\PageIndex{2}\).
Figura \(\PageIndex{6}\: Un grafico del carattere ionico percentuale di un legame come determinato dai momenti di dipolo misurati contro la differenza di elettronegatività degli atomi legati.In fase gassosa, anche il CsF, che ha la più grande differenza possibile di elettronegatività tra gli atomi, non è ionico al 100%. Il CsF solido, tuttavia, è meglio visto come 100% ionico a causa delle interazioni elettrostatiche aggiuntive nel reticolo.