Gebruik makend van de moleculaire dipolen / polariteit van H_2O, NH_3 en CH_4, hoe verklaar je waarom CH_4 niet met H_2O mengt?

Antwoord:

Kortom: # "CH" _4 # is niet-polaire opgeloste stof terwijl water een oplosmiddel polariseert.

Uitleg:

Beschouw het aantal elektronendomeinen en dus de moleculaire geometrie voor elk van de drie soorten.

Centrale atomen in de drie moleculen (#"O"#, # "N" #, en # "C" # respectievelijk, die alle in de eerste drie periodes van het periodiek systeem liggen) vormen octetten van acht valentie-elektronen. Dat zou een combinatie van totaal vier covalente bindingen en eenzame paren zijn - vandaar dat elk van de centrale atomen vier elektronendomeinen heeft. De specifieke moleculaire geometrie zou daarom afhangen van het aantal bindingsparen per centraal atoom.

• Elk zuurstofatoom vormt twee covalente bindingen, één met elke waterstof. Daarom hebben watermoleculen met twee bindingsparen op vier elektrodomeinen een kenmerk asymmetrisch gebogen / V-vormige moleculaire geometrie.

• Elk stikstofatoom heeft vijf valentie-elektronen en vormt er drie # "N" - "H" # obligaties in een # "NH" _3 # molecuul. Daarom is het stikstofatoom in een # "NH" _3 # molecuul heeft drie bindende paren uit zijn vier elektronendomeinen en heeft op vergelijkbare wijze een asymmetrisch piramidale geometrie.

• Elk koolstofatoom in # "CH" _4 # vormt vier # "C" - "H" # enkele obligaties. Als er geen alleenstaande paren aanwezig zijn, spreiden de ladingen in het molecuul zich gelijkmatig uit en geven # "CH" _4 # een symmetrisch geometrie.

Met slechts één enkel type covalente binding aanwezig, worden dipoolsterkten verondersteld identiek te zijn in elk van de moleculen. Dipolen tellen vectorieel op in elk deeltje; vanwege de symmetrische lay-out worden ze geannuleerd # "CH" _4 # methaanmoleculen, wat betekent dat deze moleculen geen netto dipool dragen en niet-polair zijn.

De regel "gelijk oplost als" suggereert dat niet-polaire opgeloste stoffen de neiging hebben om een hoge oplosbaarheid te hebben in niet-polaire oplosmiddelen maar niet in polaire oplosmiddelen en vice versa voor polaire opgeloste stoffen. Zoals eerder uitgelegd, de opgeloste stof hier in kwestie, # "CH" _4 #, is een niet-polaire stof- terwijl het oplosmiddel # "H" _2 "O" # is zeer polair. Als gevolg hiervan is het redelijk dat # "CH" _4 # nauwelijks oplossen # "H" _2 "O" #.