The momen dipol adalah sifat kimia yang menunjukkan bagaimana heterogen biaya listrik didistribusikan dalam molekul. Ini diekspresikan dalam unit Debye, 3,33 · 10 -30 C · m, dan umumnya nilainya berkisar dari 0 hingga 11 D.
Senyawa yang sangat polar cenderung memiliki momen dipol yang besar; sedangkan apolar momen dipol kecil. Semakin terpolarisasi muatan listrik dalam suatu molekul, semakin besar momen dipolnya; artinya, harus ada daerah yang kaya elektron, δ-, dan daerah miskin elektron lainnya, δ +.
Penghapus dua warna berfungsi sebagai analogi dua kutub, positif dan negatif, dari sebuah molekul dengan momen dipol yang ditandai. Sumber: Pexels.
Momen dipol, μ, adalah besaran vektor, sehingga dipengaruhi oleh sudut ikatan dan, secara umum, oleh struktur molekul.
Ketika molekulnya linier, itu dapat dibandingkan dengan penghapus dua warna. Ujung negatifnya δ-, akan sesuai dengan warna merah; sedangkan positif, δ +, akan menjadi biru. Saat besarnya muatan negatif pada kutub meningkat, dan jarak yang memisahkannya dari δ +, momen dipol meningkat.
Secara kimiawi, hal di atas berarti semakin besar perbedaan keelektronegatifan antara dua atom, dan semakin jauh jarak yang memisahkannya, semakin besar momen dipol di antara keduanya.
Bagaimana momen dipol dihitung?
Ini dianggap sebagai ikatan kovalen antara dua atom, A dan B:
AB
Jarak antara muatan parsial positif dan negatif sudah ditentukan oleh panjang ikatannya:
A δ + -B δ-
Karena proton dan elektron memiliki muatan listrik yang sama tetapi dengan tanda yang berlawanan, 1,6 · 10 -19 C, inilah yang diperhitungkan saat mengevaluasi momen dipol antara A dan B menggunakan persamaan berikut:
μ = δd
Di mana μ adalah momen dipol, δ adalah muatan elektron tanpa tanda negatif, dan d adalah panjang ikatan yang dinyatakan dalam meter. Misalnya, dengan asumsi bahwa d bernilai 2 Å (1 · 10 -10 m) momen dipol, μA-B akan menjadi:
μA-B = (1,6 10-19 C) (2 10 -10 m)
= 3,2 10 -29 C m
Tetapi karena nilai ini sangat kecil, unit Debye digunakan:
μ = (3,2 · 10 -29 C · m) · (1 D / 3,33 · 10 -30 C · m)
= 9,60 D
Nilai μA-B ini dapat memberikan anggapan bahwa ikatan AB lebih ionik daripada kovalen.
Contoh
air
Momen dipol molekul air. Sumber: Gabriel Bolívar.
Untuk menghitung momen dipol suatu molekul, semua momen dipol dari ikatannya masing-masing harus ditambahkan secara vektor, dengan mempertimbangkan sudut ikatan dan sedikit trigonometri. Ini di awal.
Air memiliki salah satu momen dipol terbesar yang dapat diharapkan untuk senyawa kovalen. Pada gambar atas kita mendapatkan bahwa atom hidrogen memiliki muatan parsial positif, δ +, sedangkan oksigen membawa muatan parsial negatif, δ-. Ikatan OH cukup polar (1,5D), dan ada dua di antaranya dalam molekul H 2 O.
Biasanya, vektor ditarik yang diarahkan dari atom paling elektronegatif (H) ke yang paling elektronegatif (O). Meskipun mereka tidak ditarik, pada atom oksigen terdapat dua pasang elektron yang tidak bersama, yang lebih "memusatkan" daerah negatif.
Karena geometri sudut H 2 O, momen dipol bertambah searah dengan atom oksigen. Perhatikan bahwa jumlah dari dua μO-H akan menghasilkan 3D (1,5 + 1,5); tapi tidak seperti itu. Momen dipol air memiliki nilai eksperimen 1,85D. Efek sudut dekat 105 ° antara ikatan HOH ditunjukkan di sini.
Metanol
Momen dipol molekul metanol. Sumber: Gabriel Bolívar.
Momen dipol metanol adalah 1,69D. Ini lebih kecil dari air. Oleh karena itu, massa atom tidak banyak berpengaruh pada momen dipol; tapi jari-jari atom mereka. Dalam kasus metanol, kita tidak dapat mengatakan bahwa ikatan HO-nya memiliki μ sama dengan 1,5D; karena, lingkungan molekuler berbeda pada CH 3 OH dan H 2 O.
Inilah mengapa panjang ikatan HO dalam metanol harus diukur untuk menghitung μO-H. Apa yang dapat dikatakan adalah bahwa μO-H lebih besar dari μC-O, karena perbedaan elektronegativitas antara karbon dan oksigen lebih kecil daripada antara hidrogen dan oksigen.
Metanol terdaftar sebagai salah satu pelarut paling polar yang dapat ditemukan bersama dengan air dan amonia.
Amonia
Momen dipol dari molekul amonia. Sumber: Gabriel Bolívar.
Ikatan HN cukup polar, jadi nitrogen, karena elektronegativitasnya yang lebih tinggi, menarik elektron ke arahnya (gambar atas). Selain itu, di atasnya kita memiliki pasangan elektron yang tidak terbagi, yang menyumbangkan muatan negatifnya ke daerah δ-. Oleh karena itu, muatan listrik mendominasi atom nitrogen amonia.
Amonia memiliki momen dipol 1,42D, lebih kecil dari metanol. Jika amonia dan metanol dapat diubah menjadi penghapus, akan terlihat bahwa penghapus metanol memiliki kutub yang lebih jelas dibandingkan dengan penghapus amonia.
Etanol
Dalam kasus etanol, CH 3 CH 2 OH, momen dipolnya sangat dekat dengan metanol, tetapi cenderung memiliki nilai yang lebih rendah. Karena terdapat lebih banyak atom karbon yang menyusun wilayah δ +, atom oksigen yang mewakili δ- mulai kehilangan sebagian "intensitas negatif relatif" nya.
Karbon dioksida
Momen dipol dari molekul karbon dioksida. Sumber: Gabriel Bolívar.
Karbon dioksida memiliki dua ikatan kutub, C = O, dengan momen dipol masing-masing μO-C. Namun, seperti dapat dilihat pada gambar di atas, geometri linier CO 2 menyebabkan dua μO-C saling meniadakan secara vektor, bahkan ketika karbon memiliki muatan parsial positif dan oksigen memiliki muatan parsial negatif.
Untuk alasan ini, karbon dioksida merupakan molekul apolar, karena μCO 2 memiliki nilai 0D.
Metana
Momen dipol untuk molekul metana. Sumber: Gabriel Bolívar.
Metana dan karbon dioksida memiliki kesamaan: Mereka adalah molekul yang sangat simetris. Secara umum, semakin simetris sebuah molekul, semakin kecil momen dipolnya.
Jika kita melihat pada molekul CH 4 , ikatan CH-nya bersifat polar, dan elektron diarahkan ke atom karbon karena sedikit lebih elektronegatif. Orang mungkin berpikir bahwa karbon harus menjadi wilayah δ yang sangat negatif; seperti penghapus dengan bagian tengah berwarna merah tua dan ujung kebiruan.
Namun, dengan membagi CH 4 menjadi dua, kita akan mendapatkan dua bagian HCH, satu di kiri dan yang lain di kanan, mirip dengan molekul H 2 O. Jadi, momen dipol yang dihasilkan dari penambahan dua μC-H ini akan meniadakan dengan separuh lainnya. Dan oleh karena itu, μCH 4 memiliki nilai 0D.
Referensi
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
- Walter J. Moore. (1963). Kimia Fisik. Dalam kinetika Kimia. Edisi keempat, Longmans.
- Ira N. Levine. (2009). Prinsip fisikaokimia. Edisi keenam, hlm 479-540. Mc Graw Hill.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 Januari 2020). Definisi Momen Dipol. Diperoleh dari: thinkco.com
- Blaber Mike. (29 September 2019). Momen Dipol. Kimia LibreTexts. Diperoleh dari: chem.libretexts.org
- LaRita Williams. (2020). Momen Dipol: Pengertian, Persamaan & Contoh. Belajar. Diperoleh dari: study.com
- Wikipedia. (2020). Momen dipol ikatan. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org