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Los imanes no son los únicos que pueden hacer esto, ¡las moléculas también! Las moléculas con un dipolo pueden atraer o repeler a otras moléculas. Estas fuerzas son muy importantes en las moléculas, ya que pueden influir en determinadas propiedades, como el punto de ebullición.
En este artículo, aprenderemos sobre los dipolos y los momentos dipolares para ver cómo se forman y por qué son tan importantes.
- Este artículo trata sobre el momento dipolar.
- En primer lugar, definiremos dipolo y momento dipolar.
- A continuación, aprenderemos a determinar la dirección de un dipolo.
- A continuación, conoceremos el momento dipolar del agua y por qué los momentos dipolares no se dan en moléculas simétricas.
- A continuación, veremos la fórmula del momento dipolar y conoceremos las tendencias del momento dipolar.
Definición del momento dipolar
Empecemos por la definición de momento dipolar.
Cuando dos cargas de signo opuesto están separadas por una distancia, crean un dipolo.
El momento dipolar (μ) mide el tamaño del dipolo de una molécula.
Aunque pueden formarse dipolos temporales en un átomo o en una molécula, sólo las moléculas pueden tener un dipolo permanente (éstas se llaman moléculas polares).
En una molécula, se establece un dipolo cuando hay una distribución desigual de electrones, causada por una diferencia de electronegatividad.
Laelectronegatividad es la tendencia de un átomo a atraer electrones/densidad de electrones hacia sí.
El átomo más electronegativo es el flúor, por lo que cuanto más cerca esté un átomo de la parte superior derecha de la tabla periódica (es decir, cuanto más cerca esté del flúor), más electronegativo será. Cuanto más cerca esté un átomo de la parte inferior izquierda de la tabla periódica, menos electronegativo será.
Cuando un átomo es más electronegativo, atraerá la densidad de electrones hacia sí, por lo que ese lado de la molécula será parcialmente negativo (δ-). El otro lado de la molécula será entonces parcialmente positivo (δ+).A continuación se muestra un ejemplo de molécula polar (HF):
Fig.1-La molécula polar HF
El flúor es más electronegativo (3,98), por lo que tiene una carga δ-, mientras que el hidrógeno es menos electronegativo (2,2), por lo que tiene una carga δ+.Hay dos cosas importantes que debes recordar cuando se trata de dipolos:1) Las moléculas simétricas "cancelan" cualquier enlace polar, por lo que no tienen dipolo. Básicamente, los dipolos son iguales y opuestos, por lo que se anulan (para más detalles, consulta la figura 4).2) Los átomos deben tener al menos una diferencia de 0,5 en electronegatividad para ser considerados polares/tener un dipolo.
Dirección del momento dipolar
Un hecho clave sobre el momento dipolar es que es un vector, lo que significa que tiene magnitud y dirección. El momento dipolar muestra la dirección neta de la carga.
Por ejemplo, aquí tienes el momento dipolar del HF:
Fig.2-El momento dipolar del HF apunta hacia el flúor
El momento dipolar apunta hacia la zona de la molécula donde hay mayor densidad de electrones (es decir, el átomo más electronegativo). La parte "cruzada" de la flecha señala hacia donde hay una falta de densidad de electrones (es decir, el átomo menos electronegativo).
En este caso, la flecha apunta hacia el flúor (elemento más EN) y la parte cruzada está en el hidrógeno.
Momento dipolar del agua
Cuando una molécula tiene más de un enlace, elmomento dipolar neto es el valor total de todos los momentos dipolares de enlace. Por ejemplo, aquí tienes el momento dipolar del agua:
Fig.3 El agua tiene un momento dipolar neto orientado hacia abajo
Los momentos dipolares de enlace individuales son siempre paralelos a sus enlaces, mientras que el momento dipolar neto no tiene por qué seguir un enlace, sino que siempre apuntará hacia el átomo más electronegativo.
La magnitud del momento dipolar neto no es simplemente la suma de los momentos dipolares de enlace individuales. Como veremos más adelante al estudiar la fórmula, el dipolo neto es la suma de los dipolos en cada dirección de coordenadas (es decir, las direcciones x e y).
Como ejemplo, el momento dipolar individual del enlace O-H es 1,5 D, mientras que el momento dipolar neto del agua es 1,84 D.
Momento dipolar de las moléculas simétricas
Como ya se ha dicho, las moléculas que tienen dipolos simétricos/opuestos no tienen momento dipolo/dipolo. Esto se debe a que las polaridades de los enlaces se anulan mutuamente, por lo que no hay dipolo neto.
Como ejemplo, veamos el BeCl2:
Existe una diferencia significativa entre la electronegatividad del berilio y la del cloro (es de 1,5), por lo que los enlaces individuales sí tienen un momento dipolar. Sin embargo, como los momentos dipolares de los enlaces tienen la misma magnitud pero apuntan en direcciones exactamente opuestas, no hay momento dipolar neto.
Por eso las moléculas como BeCl2 se consideran no polares, aunque la diferencia de electronegatividad sea grande.
Nota: Aunque una molécula como el agua tenga simetría, sigue teniendo un momento dipolar. La simetría en la que nos centramos es la simetría de los dipolos. En el agua, los dipolos apuntan en la misma dirección, mientras que en el BeCl2 apuntan en direcciones opuestas , por lo que se anulan.
Fórmula del momento dipolar
La fórmula del momento dipolar es la siguiente
$$\vec{\mu}=\Sigma_{i} q_{i} \vec{r_i}$$
Donde
\(\vec{\mu}\) es el vector del momento dipolar.
qi es la magnitud de la carga i-ésima.
\(\vec{r_i}\) es el vector de posición de la i-ésima carga.
Ésta es la versión más compleja de la fórmula utilizada para las moléculas que tienen más de dos átomos. Como el momento dipolar es una magnitud vectorial, tienes que calcularlo para cada eje de coordenadas (x, y).
Existe una forma más sencilla de esta fórmula que utilizamos sólo para las moléculas diatómicas:
$$\mu_{diatómica}=Q*r$$
Donde
- Q es la magnitud de la carga
- r es la longitud de enlace (distancia) entre cargas.
El momento dipolar se mide en unidades Debye (D), donde 1 D=3,33564 x10-30 Cm (Coulomb metros).
Aunque no necesitarás utilizar esta fórmula para realizar cálculos en el nivel AP, es útil conocerla para poder comprender las tendencias del momento dipolar.
Tendencias del momento dipolar
Hay tres factores que afectan al momento dipolar. Éstos son
Distancia
Cuanto mayor sea la longitud del enlace, mayor será el momento dipolar
Se muestra mediante la fórmula, μ = q*r
Polaridad
Cuanto mayor sea la diferencia de polaridad, mayor será el momento dipolar
La diferencia de polaridad es lo que influye en la magnitud de las cargas (Q)
Geometría de la molécula
Si una molécula tiene dipolos opuestos, no tendrá momento dipolar (Ej: BeCl2)
Es importante tener en cuenta que estos factores funcionan en tándem, es decir, que hay que tenerlos en cuenta todos. El hecho de que la distancia de enlace sea mayor no significa automáticamente que tenga un momento dipolar mayor. Por ejemplo, ésta es la tendencia del momento dipolar a medida que desciendes por los halógenos (grupo 17)
| Compuesto | Longitud de enlace (Â) | Diferencia de electronegatividad | Momento dipolar (D) |
| HF | 0.92 | 1.9 | 1.82 |
| HCl | 1.27 | 0.9 | 1.08 |
| HBr | 1.41 | 0.7 | 0.82 |
| HI | 1.61 | 0.4 | 0.44 |
Como puedes ver, aunque la longitud de enlace aumenta, la polaridad disminuye. La disminución de la polaridad es mayor que el aumento de la longitud de enlace, por lo que el momento dipolar disminuye.
Conocer el momento dipolar puede ser muy importante para determinar distintas propiedades químicas. Por ejemplo, aquí tienes algunas propiedades a las que puede afectar el momento dipolar:
Solubilidad
Cuanto mayor sea el momento dipolar, más probable es que esa molécula se disuelva en un disolvente polar.
"Lo semejante disuelve a lo semejante", así que lo polar disuelve a lo polar.
Punto de ebullición/fusión
Cuanto mayor sea el momento dipolar, mayor será el punto de ebullición/fusión
Mayor dipolo → fuerzas más fuertes entre moléculas → las fuerzas son más difíciles de romper
Estabilidad/Reactividad
Cuanto mayor es el momento dipolar, mayor es la reactividad (es decir, momento dipolar bajo=más estable).
Momento dipolar - Puntos clave
- Cuando dos cargas de igual magnitud y signos opuestos están separadas por una distancia, crean un dipolo.
- El momento dipolar (μ) mide el tamaño del dipolo de una molécula.
- Laelectronegatividad es la tendencia de un átomo a atraer electrones/densidad de electrones hacia sí.
- El vector del momento dipolar apunta hacia el átomo más electronegativo.
- El momento dipolar neto es la suma de los dipolos de enlace individuales.
- Las moléculas simétricas no tienen momento dipolar, ya que los dipolos de enlace individuales se anulan.
- La fórmula del momento dipolar es
$$\vec{\mu}=\Sigma_{i} q_{i} \vec{r_i}$$, donde \(\vec{\mu}\) es el vector del momento dipolar, \(q_{i})es la magnitud de la carga i y \(\vec{r_i}\) es el vector de posición de la carga iCon una fórmula más sencilla: $$\mu_{diatomic}=Q*r$$ Donde Q es la magnitud de la carga y r es la longitud del enlace (distancia) entre cargas.
El momento dipolar se ve afectado por: la distancia, la polaridad y la geometría de la molécula. El momento dipolar puede influir en propiedades como el punto de ebullición/fusión, la solubilidad y la estabilidad.
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