POLARITÉ (CHIMIE): MOLÉCULES POLAIRES ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

La polarité chimique est une propriété caractérisée par la présence d'une distribution hétérogène marquée des densités d'électrons dans une molécule. Dans sa structure, il y a donc des régions chargées négativement (δ-), et d'autres chargées positivement (δ +), générant un moment dipolaire.

Le moment dipolaire (µ) de la liaison est une forme d'expression de la polarité d'une molécule. Il est généralement représenté comme un vecteur dont l'origine est dans la charge (+) et son extrémité est située dans la charge (-), bien que certains chimistes le représentent inversement.

Carte du potentiel électrostatique de la molécule d'eau. Source: Benjah-bmm27 via Wikipedia.

L'image du haut montre la carte de potentiel électrostatique pour l'eau, H ₂ O. La région rougeâtre (atome d'oxygène) correspond à celle avec la densité électronique la plus élevée, et on peut également voir que cela se distingue sur les régions bleues (atomes d'hydrogène)).

La distribution de ladite densité électronique étant hétérogène, on dit qu'il existe un pôle positif et un pôle négatif. C'est pourquoi nous parlons de «polarité» chimique et de moment dipolaire.

Moment dipolaire

Le moment dipolaire µ est défini par l'équation suivante:

µ = δ · d

Où δ est la charge électrique de chaque pôle, positive (+ δ) ou négative (–δ), et d est la distance qui les sépare.

Le moment dipolaire est généralement exprimé en debye, représenté par le symbole D. Un coulomb · mètre équivaut à 2,998 · 10 ²⁹ D.

La valeur du moment dipolaire de la liaison entre deux atomes différents est en relation avec la différence d'électronégativités des atomes qui forment la liaison.

Pour qu'une molécule soit polaire, il ne suffit pas d'avoir des liaisons polaires dans sa structure, mais elle doit aussi avoir une géométrie asymétrique; de telle manière qu'il empêche les moments dipolaires de s'annuler de manière vectorielle.

Asymétrie dans la molécule d'eau

La molécule d'eau a deux liaisons OH. La géométrie de la molécule est angulaire, c'est-à-dire en forme de "V"; par conséquent, les moments dipolaires des liaisons ne s'annulent pas, mais plutôt leur somme est produite en pointant vers l'atome d'oxygène.

La carte de potentiel électrostatique pour H ₂ O reflète cela.

Si la molécule angulaire HOH est observée, la question suivante peut se poser: est-elle vraiment asymétrique? Si un axe imaginaire est dessiné à travers l'atome d'oxygène, la molécule se divisera en deux moitiés égales: HOOH.

Mais il n'en est pas ainsi si l'axe imaginaire est horizontal. Lorsque cet axe divise maintenant la molécule en deux moitiés, vous aurez l'atome d'oxygène d'un côté et les deux atomes d'hydrogène de l'autre.

Pour cette raison, la symétrie apparente de H ₂ O cesse d'exister, et il est donc considéré comme une molécule asymétrique.

Molécules polaires

Les molécules polaires doivent répondre à une série de caractéristiques, telles que:

-La répartition des charges électriques dans la structure moléculaire est asymétrique.

-Ils sont généralement solubles dans l'eau. En effet, les molécules polaires peuvent interagir par des forces dipôle-dipôle, où l'eau est caractérisée par un grand moment dipolaire.

De plus, sa constante diélectrique est très élevée (78,5), ce qui lui permet de maintenir les charges électriques séparées, augmentant sa solubilité.

-En général, les molécules polaires ont des points d'ébullition et de fusion élevés.

Ces forces sont constituées par l'interaction dipôle-dipôle, les forces de dispersion de Londres et la formation de liaisons hydrogène.

-En raison de leur charge électrique, les molécules polaires peuvent conduire l'électricité.

Exemples

SW

Dioxyde de soufre (SO ₂). L'oxygène a une électronégativité de 3,44, tandis que l'électronégativité du soufre est de 2,58. Par conséquent, l'oxygène est plus électronégatif que le soufre. Il y a deux liaisons S = O, le O ayant une charge δ- et le S ayant une charge δ +.

Comme il s'agit d'une molécule angulaire avec S au sommet, les deux moments dipolaires sont orientés dans la même direction; et par conséquent, ils s'additionnent, rendant la molécule de SO ₂ polaire.

CHCl

Chloroforme (HCCl ₃). Il y a une liaison CH et trois liaisons C-Cl.

L'électronégativité de C est de 2,55 et l'électronégativité de H est de 2,2. Ainsi, le carbone est plus électronégatif que l'hydrogène; et donc, le moment dipolaire sera orienté de H (δ +) vers C (δ-): C ^δ- -H ^{δ +}.

Dans le cas des liaisons C-Cl, C a une électronégativité de 2,55, tandis que Cl a une électronégativité de 3,16. Le vecteur dipolaire ou moment dipolaire est orienté de C vers Cl dans les trois liaisons C ^{δ +} -Cl ^δ-.

Comme il y a une région pauvre en électrons autour de l'atome d'hydrogène et une région riche en électrons constituée des trois atomes de chlore, CHCl ₃ est considéré comme une molécule polaire.

HF

Le fluorure d'hydrogène n'a qu'une seule liaison HF. L'électronégativité de H est de 2,22 et l'électronégativité de F est de 3,98. Par conséquent, le fluor finit avec la densité électronique la plus élevée, et la liaison entre les deux atomes est mieux décrite comme: H ^{δ +} -F ^δ-.

NH

L'ammoniac (NH ₃) a trois liaisons NH. L'électronégativité de N est de 3,06 et l'électronégativité de H est de 2,22. Dans les trois liaisons, la densité électronique est orientée vers l'azote, étant encore plus élevée par la présence d'une paire d'électrons libres.

La molécule NH ₃ est tétraédrique, l'atome N occupant le sommet. Les trois moments dipolaires, correspondant aux liaisons NH, sont orientés dans la même direction. En eux, δ- est situé dans le N, et δ + dans le H. Ainsi, les liaisons sont: N ^δ- -H ^{δ +}.

Ces moments dipolaires, l'asymétrie de la molécule et la paire d'électrons libres sur l'azote font de l'ammoniac une molécule hautement polaire.

Macromolécules à hétéroatomes

Lorsque les molécules sont très grosses, il n'est plus certain de les classer elles-mêmes comme apolaires ou polaires. En effet, certaines parties de sa structure peuvent présenter des caractéristiques à la fois apolaires (hydrophobes) et polaires (hydrophiles).

Ces types de composés sont connus sous le nom d'amphiphiles ou d'amphipathiques. Parce que la partie apolaire peut être considérée comme pauvre en électrons par rapport à la partie polaire, il y a une polarité présente dans la structure et les composés amphiphiles sont considérés comme des composés polaires.

On peut généralement s'attendre à ce qu'une macromolécule avec des hétéroatomes ait des moments dipolaires, et donc une polarité chimique.

On entend par hétéroatomes ceux qui sont différents de ceux qui composent le squelette de la structure. Par exemple, le squelette carboné est biologiquement le plus important de tous, et l'atome avec lequel le carbone forme une liaison (en plus de l'hydrogène) est appelé un hétéroatome.

Références

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