Χρησιμοποιώντας τα μοριακά δίπολα / πολικότητα των H_2O, NH_3 και CH_4, πώς εξηγείτε γιατί το CH_4 δεν αναμιγνύεται με το H_2O;

Απάντηση:

Εν συντομία: # "CH" _4 # είναι μη πολικό διαλυμένο ενώ το νερό είναι πολικό διαλύτης.

Εξήγηση:

Εξετάστε τον αριθμό των πεδίων ηλεκτρονίων εξ ου και η μοριακή γεωμετρία για κάθε ένα από τα τρία είδη.

Τα κεντρικά άτομα στα τρία μόρια (# "O" #, # "N" #, και #"ΝΤΟ"# αντίστοιχα, όλα τα οποία βρίσκονται στις τρεις πρώτες περιόδους του περιοδικού πίνακα) σχηματίζουν οκτάδες οκτώ ηλεκτρονίων σθένους. Αυτός θα ήταν ένας συνδυασμός από εντελώς τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς και μοναδικά ζεύγη - επομένως κάθε ένα από τα κεντρικά άτομα έχει τέσσερις περιοχές ηλεκτρονίων. Επομένως, η συγκεκριμένη μοριακή γεωμετρία εξαρτάται από τον αριθμό των ζευγών δέσμευσης ανά κεντρικό άτομο.

• Κάθε άτομο οξυγόνου σχηματίζει δύο ομοιοπολικούς δεσμούς, έναν με κάθε υδρογόνο. Επομένως, με δύο ζεύγη συγκόλλησης από τέσσερις περιοχές ηλεκτρονίων, τα μόρια νερού μοιράζονται ένα χαρακτηριστικό ασύμμετρη κεκαμμένη / μοριακής γεωμετρίας σχήματος V.

• Κάθε άτομο αζώτου έχει πέντε ηλεκτρόνια σθένους και σχηματίζει τρία # "Ν" - "Η" # ομόλογα σε ένα # "ΝΗ" _3 # μόριο. Επομένως το άτομο αζώτου σε ένα # "ΝΗ" _3 # το μόριο έχει τρία ζεύγη σύνδεσης από τις τέσσερις περιοχές ηλεκτρονίων του και παρομοίως έχει ένα ασύμμετρη πυραμιδική γεωμετρία.

• Κάθε άτομο άνθρακα στο # "CH" _4 # τα τέσσερα # "C" - "H" # απλούς δεσμούς. Αν δεν υπάρχουν παρόντα ζεύγη, τα φορτία στο μόριο κατανέμονται ομοιόμορφα, δίνοντας # "CH" _4 # ένα συμμετρικός γεωμετρία.

Με μόνο ένα μοναδικό τύπο ομοιοπολικού δεσμού, οι δυνάμεις του διπόλου υποτίθεται ότι είναι ταυτόσημες σε κάθε ένα από τα μόρια. Τα δίπολα προστίθενται διανυσματικά σε κάθε σωματίδιο. λόγω της συμμετρικής διάταξης, ακυρώνουν # "CH" _4 # μόρια μεθανίου, πράγμα που σημαίνει ότι αυτά τα μόρια δεν φέρουν καθαρό δίπολο και είναι μη πολικά.

Ο κανόνας "όπως διαλύεται όπως" υποδηλώνει ότι οι μη πολικές διαλυμένες ουσίες τείνουν να έχουν υψηλή διαλυτότητα σε μη πολικούς διαλύτες αλλά όχι σε πολικούς διαλύτες και αντιστρόφως για πολικές διαλυμένες ουσίες. Όπως εξηγήθηκε προηγουμένως, η εν λόγω διαλυμένη ουσία εδώ, # "CH" _4 #, είναι μια μη πολική ουσία - ενώ ο διαλύτης # "H" _2 "O" # είναι πολύ πολική. Ως αποτέλεσμα, είναι λογικό αυτό # "CH" _4 # μόλις διαλύσει μέσα # "H" _2 "O" #.