|
[[Soubor:Carbon dioxide structure.png|náhled|Nepolární molekula kysličníku uhličitého CO<sub>2</sub>]]
'''Nepolární molekuly''' jsou molekuly, které mají stálý a nulový [[dipólový moment]], protože [[elektrický náboj]] je v nich rozložen symetricky. Tohoto stavu lze dosáhnout, jestliže má molekula pouze [[Nepolární vazba|nepolární vazby]] nebo jsou polární vazby ve [[Molekula|struktuře molekuly]] symetricky rozložené.
[[Soubor:Methane-CRC-MW-3D-balls.png|náhled|Nepolární molekula metanu CH<sub>4</sub>]]
Zcela nepolární molekuly se skládají pouze z jednoho typu atomů. Za nepolární jsou považovány i molekuly složené z různých atomů, které mají rozdíl elektronegativit menším než 0,4.
V nepolárních molekulách je chemická vazba mezi atomy nejčastěji kovalentní. Taková vazba je založena na sdílení elektronů ve valenční sféře atomů , tak , aby oba dosáhly podle oktetového pravidla struktury nejbližšího vzácného plynu. ▼Zcela nepolární molekuly se skládají pouze z jednoho typu atomů. Všechny ostatní molekuly, které se skládají různých typů atomů a mají určité prostorové uspořádání jsou polární. Mnoho molekul má polaritu tak nízkou, že je považujeme za nepolární.
▲V nepolárních molekulách je chemická vazba mezi atomy nejčastěji kovalentní. Taková vazba je založena na sdílení elektronů ve valenční sféře atomů, tak aby oba dosáhly podle oktetového pravidla struktury nejbližšího vzácného plynu.
== Elektrický náboj ==
V nepolární molekule jsou vazebné elektrické náboje rovnoměrně rozloženy po celé molekule a nevznikají tak žádné kladné nebo záporné póly. Nepolární molekuly mají tendenci se dobře rozpouštět v nepolárních rozpouštědlech, kterými jsou nejčastěji organická rozpouštědla.
V polární molekule je na jedné straně molekuly kladný elektrický náboj a na druhé straně negativní elektrický náboj. Polární molekuly mají tendenci se dobře rozpouštět ve vodě a jiných polárních rozpouštědlech.
[[Soubor:Boron-trifluoride-elpot-3D-vdW.png|náhled|Nepolární molekula trifluoridu bornatého]]
Amfifily nebo amfifilní molekuly jsou velké molekuly, které mají polární i nepolární skupiny a jsou s nimi spojeny. To je důvodemzpůsobuje, že jsou to povrchově aktivní látky, kteréa snižují mezifázové napětí například mezi olejem a vodou na rozhraní kapalina-kapalina. Využívají se při tvorbě stabilních emulzí nebo směsí vody a tuků. ▼
▲Amfifily nebo amfifilní molekuly jsou velké molekuly, které mají polární i nepolární skupiny a jsou s nimi spojeny. To je důvodem, že jsou to povrchově aktivní látky, které snižují mezifázové napětí například mezi olejem a vodou na rozhraní kapalina-kapalina. Využívají se při tvorbě stabilních emulzí nebo směsí vody a tuků.
Měřítkem polarizace vazby v molekulách je dipólový moment. Je to [[vektorová veličina]] popisující nesymetrické rozdělení [[Elektrický náboj|elektrického náboje]] v [[Molekula|molekule]]. Nepolární molekuly ho mají nulový. Jsou to molekuly, kde chemická vazba vzniká mezi stejnými atomy nebo se dipólové momenty atomů v molekule vzájemně vyruší.
Polární molekuly mají nenulovou hodnotu elektrického dipólového momentu a tvoří permanentní [[Elektrický dipól|dipól]].
== Chemická vazba ==
Polarita molekuly závisí na druhu chemické vazby, která vznikne mezi atomy nebo molekulami, ze kterých je složena. Pokud existuje velký rozdíl mezi hodnotami elektronegativit atomů, elektrony nebude rovnoměrně rozděleny mezi atomy. Elektrony budou blíž atomu s vyšší elektronegativitou a ten bude mít záporný náboj, naopak méně elektronegativní prvek bude mít pozitivní náboj. Molekula bude mít nenulový dipólový moment a bude polární.
V případě, že chemická vazba vzniká mezi stejnými atomy nebo se dipólové momenty atomů v molekule vzájemně vyruší, je molekula nepolární.
Afinita atomů k vazebným elektronům se obvykle vyjadřuje veličinou zvanou elektronegativita prvku. Konvenčně se za nepolární molekulu považuje molekula, kde je rozdíl elektronegativit atomů, ze kterých je složena, menším než 0,4. Ve složitějších molekulách může být rozložení hustoty vazebných elektronů v jednotlivých kovalentních vazbách výrazně ovlivněno indukčními nebo mezomerními efekty vyvolanými jinými částmi molekuly.
== Příklady nepolárních molekul ==
* Nepolárními molekulami jsou molekuly tvořené stejnými atomy - kyslík (O<sub>2</sub>), dusík (N<sub>2</sub>), a ozon (O<sub>3</sub>).
* Většina organických sloučenin uhlíku je složena z nepolárních molekul. Tyto molekuly mají takové složení a strukturu, že se dipólové momenty vzájemně vyruší. Například v methanu CH<sub>4</sub> jsou vazby uspořádány symetricky, takže mají nulový dipólový moment. Podle vzrůstající polarity lze z organických sloučenin sestavit přibližnou řadu: Uhlovodíky - halogenderiváty uhlovodíků - ethery – terc. aminy - nitrosloučeniny - estery karboxylových kyselin - ketony a aldehydy - primární aminy - amidy - alkoholy a fenoly - karboxylové kyseliny - sulfonové kyseliny a tetraalkylamoniové sloučeniny.
* Další nepolární molekuly zahrnují oxid uhličitý (CO<sub>2</sub>) a organické molekuly methanu (CH<sub>4</sub>), toluen a benzín.
*Nepolární molekuly má například trifluorid bornatý (BF<sub>3</sub>), který má trigonální uspořádání tří polárních vazeb při 120°. Výsledkem je nulový dipólový moment molekuly.
* Většina sloučeniny uhlíku jsou nepolární. Jednou z výjimek je oxid uhelnatý, CO. Oxid uhelnatý je lineární molekula, ale rozdíl elektronegativita mezi uhlíkem a kyslíkem, je natolik, aby se molekula polární významné.
*Nepolární molekulu má oxid uhličitý CO<sub>2</sub>, který má dvě polární vazby C=O v lineární geometrii. Výsledkem je nulový dipólový moment molekuly.
* Alkyny jsou považovány za nepolární molekuly, protože se ve vodě nerozpouští.
*Běžně používanými sloučeninami s nepolárními molekulami jsou tuky, olej nebo benzín. Většina nepolárních molekul je při pokojové teplotě nerozpustná ve vodě.
* Vzácné nebo inertní plyny, jsou rovněž považovány za nepolární. Tyto plyny sestávají z jednotlivých atomů jejich prvku, jako je například argon, helium, krypton a neon.
Valenční vrstva
=== Nepolární molekuly ===
Molekula může být nepolární buď tehdy, když je mezi dvěma atomy diatomické molekuly stejné sdílení elektronů, nebo kvůli symetrickému uspořádání polárních vazeb ve složitější molekule. Například trifluorid bórnatý (BF<sub>3)</sub>má třígonální hořké uspořádání tří polárních vazeb při 120°. Výsledkem není žádný celkový dipól v molekule.
U molekuly trifluoridu bórunemá trigonální hořké uspořádání tří polárních vazeb za následek žádný celkový dipól.
Oxid uhličitý má dvě polární vazby C-O v lineární geometrii.
Oxid uhličitý (CO<sub>2)</sub>má dvě polární vazby C=O, ale geometrie CO<sub>2</sub> je lineární, takže se tyto dva momenty dipólů vazby ruší a neexistuje žádný čistý molekulární dipólový moment; molekula je nepolární.
V methanujsou vazby uspořádány symetricky (v tetrahedrálním uspořádání), takže neexistuje žádný celkový dipól.
Příklady domácích nepolárních sloučenin zahrnují tuky, olej a benzín/ benzín. Většina nepolárních molekul je při pokojové teplotě nerozpustná ve vodě(hydrofobní). Mnoho nepolárních organických rozpouštědel, jako je terpentýn, je schopno rozpustit nepolární látky.
V molekule methanu<sub>(CH 4</sub>) jsou čtyři vazby C-H uspořádány tetrahedrally kolem atomu uhlíku. Každé spojení má polaritu (i když ne příliš silnou). Vazby jsou uspořádány symetricky, takže v molekule není žádný celkový dipól. Molekula křemičeného kyslíku (O<sub>2)</sub>nemá polaritu v kovalentní dluhopisy kvůli stejné elektronegativitě, proto v molekule není polarita.
Polarita molekul je podmíněna přítomností polárních vazeb. Dipólový moment molekuly je dán vek�torovým součtem dipólových momentů všech vazeb v molekule, závisí tedy na geometrii (prostoro�vém uspořádání, symetrii) vazeb v molekule. Některé sloučeniny, i když obsahují silně polární vazby, mají nulový dipólový moment, protože se jednotlivé vazebné momenty vyruší v důsledku symetrie. Např. středově symetrický tetrachlormethan CCl4 nebo lineární oxid uhličitý CO2 jsou molekuly s nulovým dipólovým momentem a tedy nepolární. Názorné je také srovnání cis- a trans-dichlorethenu. C Cl Cl Cl Cl O C O C C Cl H H Cl C C H Cl H Cl = 0 = 0 = 0 > 0 18 Z organických sloučenin jsou vysloveně nepolární všechny uhlovodíky, zvláště nasycené (alkany). Pokud se v molekule jiných sloučenin nacházejí objemnější uhlovodíkové zbytky (delší alkyly nevět�vené nebo s rozvětveným řetězcem, cykloalkyly, aryly), převažuje jejich vliv a molekula jako celek bývá málo polární (hydrofobní, lipofilní). Nositelem polarity jsou typická seskupení obsahující atom nebo atomy prvků s vyšší hodnotou elektronegativity, tzv. funkční skupiny - alkoholový nebo fenolo�vý hydroxyl, karbonyl, karboxyl, -SH skupina, aminoskupina, nitroskupina aj. Molekuly, které je ob�sahují, jeví permanentní dipólový moment. Nejvyšší polaritu vykazují ionizované formy organic�kých kyselin a bází. Podle vzrůstající polarity lze z organických sloučenin sestavit přibližnou řadu: Uhlovodíky - halogenderiváty uhlovodíků - ethery – terc. aminy - nitrosloučeniny - estery karboxylových kyselin - ketony a aldehydy - primární aminy - amidy - alkoholy a fenoly - karboxylové kyseliny - sulfonové kyseliny a tetraalkylamoniové sloučeniny Záleží ovšem na velikosti (objemu) uhlovodíkového řetězce daného typu sloučeniny, v uvedené řadě se skupiny ve značném rozsahu překrývají; pořadí platí přibližně pro sloučeniny se stejným objemem nepolárního uhlovodíkového řetězce (tj. se stejným počtem atomů uhlíku v molekule). Indukční efekt. Posun vazebných elektronů v polární vazbě ovlivňuje také vazby sousední. Větší elektronová hustota v okolí elektronegativnějšího atomu ( - ) vyvolá mírný posun elektronů i v dalších vazbách v molekule. Tento posun elek�tronů v kovalentních vazbách se nazývá indukční efekt. Se zvětšováním vzdálenosti od polární vazby se indukční efekt zesla�buje. Podle směru posunu elektronů rozlišujeme dva typy indukčního efektu. Atomy a skupiny, které vyvolávají posun elek�tronů směrem k sobě s větší silou než uhlík ve vazbě C-H, jsou elektronakceptorní a způsobují záporný indukční efekt (-I). Jsou to např. halogeny, nitroskupina, kyanoskupina nebo kladně nabité skupiny jako trialkylamonium -NR3 + . Skupiny, které odpuzují vazebné elektrony od sebe jsou elektrondonorní a vyvolávají kladný indukční efekt (+I), např. alkyly, rozvětve�né alkyly a anionty O- , S - . Vliv indukčního efektu je nejlépe patrný na disociačních konstantách kyselin a bází. Např. trichlo�roctová kyselina je vlivem tří elektronegativních atomů chloru podstatně kyselejší než octová kyselina (-I efekt). Podobně vidíme vliv +I efektu alkylových skupin na bazicitu aminů. Methylamin je vlivem +I efektu methylové skupiny bazičtější než amoniak. Mezomerní efekt. Mezomerní efekt (M) je určitá analogie indukčního efektu a nastává tam, kde je k systému -vazeb připo�jena skupina s volným elektronovým párem nebo elektronovou mezerou. Volný elektronový pár se zapojuje do konjugace s -vazbami a dochází k posunu -elektronů. Výsledkem je nerovnoměrné rozdělení -elektronové hustoty. Jestliže skupina poskytuje část elektronové hustoty do -systému, jde o kladný mezomerní efekt (+M), při odčerpávání -elektronů směrem k sobě se jedná o záporný mezomerní efekt (-M). Typickým příkladem je substituovaný benzenový kruh. Mezomerní efekt umožňuje pochopit vliv přítomného substituentu na další substituci aromatického jádra. Např. aminoskupina se svým +M efektem je ortho- a para-dirigující, zatímco kyanoskupina (-M) určuje substituci do meta-polohy. NH2 + M efekt C N - M efekt
== Příklady ==
* [[Benzen]]
* [[Methan]]
| 