Polarität bestimmen?

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Als erstes siehst Du Dir die Symmetrie des Moleküls an, ob es überhaupt ein Dipol­moment haben kann. Dazu mußt Du die räumliche Struktur des Moleküls kennen und Dir überlegen, ob man mit dieser eine Richtung eindeutig definieren kannst.

  • Beim H₂CO kannst Du z.B. die Richtung der C=O-Bindung heranziehen, oder die Winkel­diagonale zwischen den beiden H-Atomen. Da das möglich ist, hat das Mo­le­kül ein Dipolmoment. Die C–H-Bindung würde übrigens nicht funktionieren, weil es ja zwei davon gibt und Du die beiden nicht unterscheiden kannst.
  • Beim H₂O kannst Du zwar nicht eine C–H-Bindung nehmen, aber die Winkel­diago­nale funktioniert wieder, also hat das Molekül ein Dipolmoment.
  • Beim CO₂ bist Du dagegen verloren, weil die C=O-Bindung wieder nicht geht, aber hier gibt es wegen des linearen Molekülbaus keine Winkeldiagonale.
  • Beim CO kannst Du simplerweise die Richtung der C≡O-Bindung nehmen.
  • Beom O₂ geht das aber nicht, weil Du ja nicht weißt, von welchem O Du zu welchem anderen gehen sollst.
  • Propan (≈gleichschenkeliges Dreieck) hat eine wohldefinierte Winkeldiagonale am mittleren C und daher ein Dipolmoment.
  • Cyclopropan ist dagegen wie ein gleichseitiges Dreieck gebaut, und daher kann man keine Richtung definieren (es gibt ja drei gleiche CCC-Winkel), daher μ=0

Jetzt wissen wir, wer Dipolmoment Null hat und daher garantiert unpolar ist (von mei­nen Beispielmolekülen waren das CO₂, O₂ und Cyclopropan). Die anderen haben al­le ein Dipolmment, aber das kann immer noch so klein sein, daß es fapp so gut wie Null ist; dann zählt das Molekül immer noch als unpolar. Hier hefen jetzt die Elek­tro­nega­tivi­täts­diffe­ren­zen der einzelnen chemischen Bindungen weiter: CH-Bin­dun­gen sind un­polar, OH oder CO-Bindungen dagegen polar, und Bindungen zwischen gleichen Atomen sowieso unpolar. Zumindest sind das die Faustregeln, manch­mal kann man da Böse Überraschungen™ erleben.

  • Beim H₂CO haben wir eine fett polare C=O-Bindung, das Ding ist also sicher polar.
  • Beim H₂O sind die O–H-Bindungen auch polar, also ist es auch das Molekül.
  • Beim CO würde man eine polare Bindung erwarten, aber das ist eine Böse Über­raschung™, denn das Molekül ist entgegen der Erwartung so gut wie unpolar.
  • Beim Propan gibt es nur C–C-Bindungen und C–H-Bindungen, die alle unpolar sind. Obwohl die Molekülstruktur ein Dipolmoment erlubt, wird es also sehr klein ausfallen, und das Molekül ist unpolar.

Eine weitere Böse Überraschung™ ist übrigens das Ozon O₃. Das hat die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks, darf also ein von Null verschiedenes Dipolmoment ha­ben; andererseits sind die Bindungen alle zwischen gleichen Elementen, als erwartet man etwas Unpolares. Das Molekül überrascht jedoch mit einem zwar nicht riesen­großen aber doch beträchtlichen Dipolmoment (etwa 30% des Dipolmoments) und ist daher entgegen der Faustregel polar.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik

Ich danke dir für deine Antwort! Aber eine Frage habe ich noch: wieso ist denn das CO-Molekül unpolar, wenn man wie du sagtest das Gegenteil erwartet? Das war auch etwas, was mich irritiert hat...

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@SPB1KV

Überraschungen haben es so an sich, daß sie aus blauem Himmel kommen. Also mit wenig bis gar keiner Vorwarnung.

Die Bindungssituation beim CO ist etwas exotisch, weil zwischen den beiden Atomen eine Dreifachbindung liegt. Das bedeutet also, daß 6 Elektronen an der Bindung beteiligt sind, aber davon stammen nur zwei vom C und vier vom O. Das ist insoferne ungewöhnlich als daß normalerweise in einer Bindung jeder der beiden Partner die Hälfte der Elektronen beiträgt.

Die Bindung ist also untypisch gebaut und daher kann man sich auf die Faustregeln nicht verlassen: Per Elektronegativität werden die Elektronen zum O gezogen, aber gleichzeitig spendiert der O auch 2 Elektronen für de Bindung, die folglich von ihm zum Kohlenstoff hinüberwandern. Nach ersterem Effekt sollte der Sauerstoff der Minuspol im Molekül sein, nach zweiterem der Pluspol. In Wahrheit heben sich die beiden auf, so daß praktisch gar kein Dipolmoment überbleibt.

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Mit den Elektronegativitätswerten... genau gleich wie bei kleinen Molekülen?

Das ist klar, aber wie macht man das bei solch komplexeren Molekülen? Bei Molekülen, die aus zwei Atomen bestehen, ist es ja einfach: man schaut EN1 und EN2 und wo es größer ist ist die negative Partialladung. Und bei denen, die aus 3 oder mehr zusammengesetzt sind? Wie kommt man dort auf die Polarität?

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Und unter Beachtung des räumlichen Baus - ob die Schwerpunkte der Partialladungen aufeinander fallen oder auch nicht.

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