Είναι το CCl4 (Τετραχλωριούχος άνθρακας) πολικό ή μη πολικό;

Ο Τετραχλωριούχος άνθρακας μπορεί να εκφραστεί ως CCl4 και αποτελείται από ένα μόριο άνθρακα και τέσσερα μόρια χλωρίου. Ο τετραχλωράνθρακας είναι μη πολικός. Γιατί ο τετραχλωράνθρακας είναι μη πολικός; Είναι μη πολικό επειδή οι διπολικές ροπές του μορίου είναι ομοιόμορφα τοποθετημένες γύρω από το κεντρικό άτομο άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι οι επιμέρους επιδράσεις τους ακυρώνονται και το μόριο είναι ουδέτερο.

Τα τέσσερα άτομα χλωρίου είναι τοποθετημένα συμμετρικά στις τέσσερις γωνίες ενός τετραέδρου και ένας απλός δεσμός ενώνει το καθένα από αυτά με το άτομο άνθρακα στο κέντρο του μορίου. Ως αποτέλεσμα, το CCl4 δεν έχει καθαρή θετική ή αρνητική διπολική ροπή. Εάν ένα άτομο διαφορετικό από το χλώριο είχε τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε άλλο σημείο ενός μορίου, το μόριο θα είχε διπολική ροπή και το CCl4 θα ήταν πολικό ως αποτέλεσμα.

Αυτή είναι η γρήγορη απάντηση σχετικά με την πολικότητα του τετραχλωράνθρακα. Ωστόσο, θα ήταν ωφέλιμο να μιλήσουμε για την πολικότητα των μορίων γενικά και να εξετάσουμε τον τετραχλωράνθρακα και τις ιδιότητές του για να κατανοήσουμε γιατί είναι μη πολικής φύσης.

Τι σημαίνει για ένα μόριο να έχει πολικότητα;

Όταν ακούτε τον όρο πολικό, πιθανότατα σκέφτεστε τον βόρειο και τον νότιο πόλο στη γη. Αυτοί οι βόρειοι και νότιοι πόλοι βρίσκονται σε αντίθετα άκρα της γης, παρόμοια με το πώς μια μπαταρία μπορεί να έχει θετικό και αρνητικό πόλο. Τα μόρια και οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων μπορούν επίσης να έχουν πολικότητα. Ένα μόριο ορίζεται ως πολικό όταν τα άτομα που αποτελούν το μόριο είναι διατεταγμένα με τρόπο που δίνει στο ένα άκρο του μορίου ένα θετικό φορτίο και στο άλλο άκρο του μορίου ένα αρνητικό φορτίο.

Ένα πολικό μόριο δημιουργείται όταν ένα άτομο που έχει υψηλό επίπεδο ηλεκτραρνητικότητας συνδυάζεται ή συνδέεται με ένα άτομο που έχει ασθενέστερο επίπεδο ηλεκτραρνητικότητας. Το μόριο που προκύπτει έχει μια περιοχή με υψηλή ηλεκτραρνητικότητα και μια περιοχή με χαμηλότερη ηλεκτραρνητικότητα ή ηλεκτρικούς πόλους. Ένα από τα πιο διάσημα παραδείγματα πολικού μορίου είναι το νερό και χάρη στην πολική φύση του νερού χρησιμεύει ως βάση για τη ζωή στη γη.

Αντίθετα, τα μη πολικά μόρια στερούνται ηλεκτρικών πόλων και τα ηλεκτρόνια μέσα σε αυτά κατανέμονται με πιο ίσο τρόπο. Τα μη πολικά μόρια στερούνται αξιοσημείωτου φορτίου σε κάθε άκρο του μορίου. Τα περισσότερα υγρά υδρογονανθράκων είναι μη πολικής φύσης.

Συνολικά, ένα μόριο που έχει δίπολα που δεν ακυρώνονται μεταξύ τους είναι πολικό, ενώ τα μη πολικά μόρια είναι εκείνα όπου τα φορτία των ατόμων αλληλοεξουδετερώνονται και δεν υπάρχει φορτίο στο ένα άκρο του μορίου ή στο άλλο.

Παραδείγματα πολικών μορίων

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το νερό είναι ένα πολικό μόριο. Οι δεσμοί που υπάρχουν μεταξύ των ατόμων οξυγόνου και των ατόμων υδρογόνου είναι κατανεμημένοι έτσι ώστε και οι δύο πλευρές του ατόμου, τόσο το οξυγόνο-υδρογόνο όσο και οι δεσμοί, να είναι ομοιόμορφα κατανεμημένες. Το αποτέλεσμα είναι ότι η πλευρά του οξυγόνου, ή η κορυφή του μορίου, έχει ελαφρώς αρνητικό φορτίο ενώ τα άτομα υδρογόνου, ή το κάτω μέρος του μορίου, έχει ελαφρώς θετικό φορτίο.

Η αιθανόλη είναι ένα πολικό μόριο επειδή τα άτομα οξυγόνου που βρίσκονται μέσα στο μόριο έχουν μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα από τα άλλα άτομα. Τα άτομα οξυγόνου προσελκύουν περισσότερα ηλεκτρόνια λόγω του υψηλότερου δυναμικού ηλεκτραρνητικότητας τους και οι ομάδες δεσμών -OH στο μόριο έχουν συνολικά αρνητικά φορτία, ακόμη και αν το αρνητικό φορτίο είναι πολύ ελαφρύ.

Άλλα παραδείγματα πολικών μορίων περιλαμβάνουν το διοξείδιο του θείου (SO2), το υδρόθειο (H2S) και την αμμωνία (NH3).

Προειδοποιήστε ότι ένα μόριο μπορεί να αποτελείται από πολικούς δεσμούς και ωστόσο να είναι μη πολικό. Ένα παράδειγμα είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο έχει τέσσερις δεσμούς, ωστόσο οι διπολικές ροπές του μορίου καταλήγουν να εξουδετερώνουν η μία την άλλη, οπότε το μόριο είναι μη πολικό.

Παραδείγματα μη πολικών μορίων

Παραδείγματα μη πολικών μορίων περιλαμβάνουν το άζωτο, το μεθάνιο, το όζον και το οξυγόνο. Πρόκειται για ομοπυρηνικά μόρια ή μόρια που αποτελούνται από άτομα ενός μόνο στοιχείου. Τα μη πολικά μόρια που δεν είναι ομοπυρηνικά περιλαμβάνουν το διοξείδιο του άνθρακα, που αναφέρεται παραπάνω και το μεθάνιο. Το τολουόλιο και η βενζίνη είναι επίσης παραδείγματα μη πολικών ουσιών. Κατά γενικό κανόνα, οι ενώσεις του άνθρακα είναι μη πολικές, αν και υπάρχουν ορισμένες εξαιρέσεις όπως το μονοξείδιο του άνθρακα. Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι γραμμικής φύσης, κάτι που συνήθως θα έκανε ένα μόριο μη πολικό, ωστόσο η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ του μορίου του οξυγόνου και του άνθρακα είναι αρκετά σημαντική ώστε το μόριο να είναι πολικό. Τα αλκίνια δεν διαλύονται στο νερό και θεωρούνται μη πολικά μόρια. Τα αδρανή ή ευγενή αέρια ταξινομούνται επίσης ως μη πολικά μόρια επειδή τα αέρια είναι μόνο μεμονωμένα άτομα των αντίστοιχων στοιχείων τους όπως το νέο, το ήλιο, το αργό και το κρυπτό.

Πρόβλεψη της πολικότητας ενός μορίου

Η εξέταση των τιμών ηλεκτραρνητικότητας των ατόμων σε ένα μόριο θα σας βοηθήσει να προσδιορίσετε εάν το μόριο είναι πιθανό να είναι πολικό ή μη. Σημαντικές διαφορές μεταξύ των τιμών ηλεκτραρνητικότητας υποδηλώνουν ότι τα ηλεκτρόνια μοιράζονται εξίσου μεταξύ των ατόμων του μορίου. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια θα είναι πιο κοντά σε ένα άτομο παρά σε ένα άλλο, αυτή η περιοχή του μορίου θα είναι πολική, αν και για να προσδιοριστεί η πολικότητα ολόκληρου του μορίου πρέπει να ληφθούν υπόψη όλοι οι δεσμοί.

Ο καθοριστικός παράγοντας για την πολικότητα ή τη μη πολικότητα ενός μορίου είναι η γεωμετρία του. Εάν το ένα άκρο του μορίου έχει αρνητικό φορτίο ενώ το άλλο άκρο του μορίου έχει θετικό φορτίο, το μόριο θα είναι πολικό. Ωστόσο, εάν τα φορτία είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα και περιστρέφονται γύρω από ένα κεντρικό άτομο, το μόριο είναι πιθανώς μη πολικό. Μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να προβλέψετε εάν ένα μόριο θα είναι πολικό ή μη. Δεν έχει κάθε μόριο διπολική ροπή, και αυτό μπορεί να κάνει την πρόβλεψη της πολικότητας ενός μορίου λίγο πιο δύσκολη. Για παράδειγμα, τα μόρια που μπορούν να αναστραφούν και να αντικατοπτρίζονται σε ένα γεωμετρικό επίπεδο, δεν έχουν διπολικές ροπές επειδή οι διπολικές ροπές δεν μπορούν να περιλαμβάνουν περισσότερα από ένα σημείο.

Στοιχεία για τον τετραχλωράνθρακα

Ο τετραχλωράνθρακας ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο χημικό Henri Victor Regnault στα μέσα του 1800. Η χημική ουσία ανακαλύφθηκε μέσω ενός συνδυασμού χλωρίου και χλωροφορμίου. Παρόλα αυτά, ο τετραχλωράνθρακας προέρχεται κυρίως από το μεθάνιο στις μέρες μας. Η παραγωγή τετραχλωράνθρακα λειτουργεί συχνά χρησιμοποιώντας τα υποπροϊόντα των αντιδράσεων χλωρίωσης για την παραγωγή της ένωσης. Αυτό περιλαμβάνει τα υποπροϊόντα της δημιουργίας χλωροφορμίου και διχλωρομεθανίου. Ο τετραχλωράνθρακας είναι αρκετά πτητικός στη φύση, αναδίδοντας μια μυρωδιά παρόμοια με τα χημικά στεγνού καθαρισμού. Ο τετραχλωράνθρακας είναι επίσης διαλύτης και επομένως είναι χρήσιμος στη διάλυση μη πολικών ουσιών όπως τα έλαια και τα λίπη.

Ο τετραχλωράνθρακας έχει πολλές διαφορετικές εφαρμογές και έχει χρησιμοποιηθεί ως καθαριστικό, ως ψυκτικό μέσο και σε πυροσβεστήρες. Ο τετραχλωράνθρακας χρησιμοποιείται συχνά για τη δημιουργία λαμπτήρων λάβας, καθιστώντας το κερί βαρύτερο.

Λόγω των περιβαλλοντικών επιπτώσεων του τετραχλωράνθρακα, η παραγωγή του έχει μειωθεί απότομα από τη δεκαετία του 1980. Το πρωτόκολλο του Μόντρεαλ περιόρισε την παραγωγή χλωροφθορανθράκων και δεδομένου ότι ο τετραχλωράνθρακας είναι βασικό συστατικό για τη δημιουργία CFC, ο τετραχλωράνθρακας έχει δει απότομη μείωση της παραγωγής ως αποτέλεσμα. Οι δυσμενείς επιπτώσεις του τετραχλωράνθρακα στην υγεία έχουν επίσης προκαλέσει μείωση στην παραγωγή του, και παρόλο που κάποτε χρησιμοποιήθηκε ευρέως ως διαλύτης, χρησιμοποιείται σπάνια για τέτοιους σκοπούς στις μέρες μας.

Ο τετραχλωράνθρακας είναι εξαιρετικά τοξικός για το ήπαρ και άλλες ουσίες που βλάπτουν το ήπαρ συχνά συγκρίνονται με την τοξικότητα του τετραχλωράνθρακα. Οι υψηλές συγκεντρώσεις τετραχλωράνθρακα μπορούν όχι μόνο να βλάψουν το συκώτι, αλλά μπορούν επίσης να βλάψουν τα νεφρά. Η παρατεταμένη έκθεση σε τετραχλωράνθρακα μπορεί να προκαλέσει κώμα ή θάνατο. Η έκθεση στη χημική ουσία θα μπορούσε επίσης να αυξήσει την πιθανότητα εμφάνισης καρκίνου.

Γιατί ο τετραχλωράνθρακας είναι πολικός;

Αφού δούμε τι κάνει ένα μόριο πολικό και κοιτάξουμε μερικά παραδείγματα πολικών μορίων, μπορούμε τώρα να καταλάβουμε καλύτερα γιατί ο τετραχλωράνθρακας είναι μη πολικό μόριο. Το πρώτο πράγμα που πρέπει να γίνει όταν προσπαθείτε να προσδιορίσετε εάν ένα μόριο είναι πολικό και μη πολικό είναι να υπολογίσετε τις τιμές ηλεκτραρνητικότητας των ατόμων μέσα στο μόριο. Η πολικότητα του δεσμού μεταξύ δύο ατόμων πρέπει να εξακριβωθεί και όλοι οι δεσμοί πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την προσπάθεια προσδιορισμού της πολικότητας του μορίου. Ωστόσο, η διαφορά των τιμών ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ χλωρίου και άνθρακα, στην περίπτωση του τετραχλωράνθρακα, δεν είναι ο μόνος παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη. Πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη το σχήμα του μορίου. Ενώ υπάρχουν δίπολα εντός του μορίου, το γραμμικό σχήμα του τετραχλωράνθρακα σημαίνει ότι οι επιδράσεις των διαφορετικών διπολικών ροπών στο μόριο αλληλοεξουδετερώνονται και το μόριο είναι ουδέτερο ή μη πολικό ως αποτέλεσμα.