¿Qué es un momento dipolar?

Conceptos básicos

En este tutorial, aprenderá todo sobre los momentos dipolares. Primero, comenzamos con una introducción básica a la presencia de momentos dipolares en enlaces químicos y moléculas. Luego, analizamos la fórmula utilizada para calcular los momentos dipolares y explicamos su clasificación como una cantidad vectorial (en lugar de escalar). Por último, proporcionamos varios ejemplos que demuestran la importancia de la geometría molecular en la determinación de los momentos dipolares netos.

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Introducción a los momentos dipolares

Los momentos dipolares ocurren en cualquier sistema en el que haya una separación de cargas eléctricas positivas y negativas; por lo tanto, se pueden encontrar tanto en enlaces iónicos como covalentes. Un momento dipolar es el resultado de una distribución desigual de electrones, que ocurre debido a las diferencias de electronegatividad entre átomos unidos químicamente (ya que los electrones tienden a moverse hacia átomos más electronegativos). Mayores diferencias en electronegatividad conducirán en consecuencia a mayores momentos dipolares.

Dado que tienen tanto una magnitud como una dirección, los momentos dipolares se consideran una cantidad vectorial. A continuación se muestra una ilustración del momento dipolar presente en una molécula de ácido fluorhídrico. La flecha representa el cambio de densidad de electrones en la molécula; apunta lejos del átomo de hidrógeno menos electronegativo (y más cargado positivamente) y hacia el átomo de flúor más electronegativo (y más cargado negativamente).

Momento dipolar de alta frecuencia

Es importante tener en cuenta la distinción entre momentos dipolares de enlace y momentos dipolares moleculares. Un momento dipolar de enlace es una medida de la polaridad de un enlace químico entre dos átomos en una molécula. Por otro lado, el momento dipolar molecular (también conocido como momento dipolar neto) es una medida de la polaridad de la molécula como un todo. Por lo tanto, en moléculas poliatómicas (es decir, moléculas formadas por tres o más átomos), el momento dipolar neto es la suma vectorial de todos los momentos dipolares de enlace presentes en la molécula. Además, el momento dipolar neto se ve afectado por la geometría de la molécula, que se puede predecir utilizando la teoría VSEPR.

Fórmula del momento dipolar

Para calcular el momento dipolar de un enlace químico se utiliza la siguiente fórmula: µ = qr (donde µ es el momento dipolar de enlace, q es la magnitud de la carga separada y r es la distancia de separación entre las cargas). los unidad SI para el momento dipolar es el coulomb-metro (Cm); sin embargo, se mide más comúnmente en debyes (D). 1 debye es igual a 3.336 x 10-30 coulomb-metros.

Como se mencionó anteriormente, los momentos dipolares son una cantidad vectorial porque tienen una magnitud (determinada por la diferencia de electronegatividad) y una dirección (basada en el movimiento de electrones hacia el átomo más electronegativo). Por lo tanto, es posible que el momento dipolar neto de una molécula sea cero cuando una molécula simétrica tiene momentos dipolares de enlace individuales (igual en magnitud pero de dirección opuesta) que se anulan entre sí. En este caso, la molécula se clasificaría como no polar, a pesar de que contiene múltiples enlaces polares.

Ejemplos de momentos dipolares

CO2 Momento bipolar

En una molécula de dióxido de carbono (CO2), hay dos enlaces covalentes polares; cada uno involucra el átomo de carbono central y un átomo de oxígeno adjunto. Dado que el oxígeno es más electronegativo que el carbono, ambos átomos de oxígeno tienen una carga parcialmente negativa, mientras que el átomo de carbono tiene una carga parcialmente positiva. Las dos flechas que representan los momentos dipolares de enlace de la molécula apuntan en dirección opuesta al átomo de carbono y, como resultado, hacia los átomos de oxígeno. Además, debido a que el átomo central se une con otros dos átomos y carece de pares de electrones solitarios, CO2 tiene una estructura lineal (con un ángulo de enlace de 180°). Por lo tanto, los dos momentos dipolares de enlace corren en direcciones opuestas y se anulan entre sí. Esto significa que CO2 tiene un momento dipolar neto de cero y es una molécula no polar.

Momento dipolar cero de CO2
En una molécula de CO2, los dos momentos dipolares de enlace individuales son iguales en magnitud y de dirección opuesta. Como resultado, se cancelan entre sí, dando como resultado un momento dipolar neto de cero.

H2Momento dipolar O

En una molécula de agua (H2O), hay dos enlaces covalentes polares; cada uno involucra el átomo de oxígeno central y un átomo de hidrógeno adjunto. Las dos flechas que representan los momentos dipolares de enlace de la molécula apuntan lejos de los átomos de hidrógeno menos electronegativos y hacia el átomo de oxígeno más electronegativo. Además, el átomo de oxígeno tiene una carga parcialmente negativa, mientras que los dos átomos de hidrógeno tienen cargas parcialmente positivas. Debido a que el átomo de oxígeno central se une con otros dos átomos y contiene dos pares de electrones solitarios, la estructura de H2O está doblado (con un ángulo de enlace de 104,5°). A diferencia de una molécula de dióxido de carbono, los momentos dipolares de enlace individuales en una molécula de agua no se anulan. Esto significa que H2O tiene un momento dipolar neto y es una molécula polar.

Momento dipolar H2O
Las flechas rojas representan los momentos dipolares de enlace individuales en una molécula de agua. La flecha azul representa el momento dipolar neto.

NUEVA HAMPSHIRE3 Momento bipolar

En una molécula de amoníaco (NH3), hay tres enlaces covalentes polares; cada uno involucra el átomo de nitrógeno central y un átomo de hidrógeno adjunto. Los electrones tienden a moverse hacia el átomo de nitrógeno más electronegativo y lejos de los átomos de hidrógeno menos electronegativos (como lo indican las flechas para los tres momentos dipolares de enlace individuales). El átomo de nitrógeno tiene una carga parcialmente negativa, mientras que los átomos de hidrógeno tienen cargas parcialmente positivas. Dado que el átomo de nitrógeno central se une con otros tres átomos y tiene un solo par de electrones, una molécula de amoníaco tiene forma de pirámide trigonal (con un ángulo de enlace de 107°). Los momentos dipolares de enlace individuales en una molécula de amoníaco no se anulan; esto significa que NH3 tiene un momento dipolar neto y es una molécula polar.

Momento dipolar NH3
Las flechas rojas representan los momentos dipolares de enlace individuales en una molécula de amoníaco. La flecha azul representa el momento dipolar neto.

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