E4 Molekyylien sisäiset varaukset

E4.1

Kloori vetää yhteisiä elektroneja puoleensa enemmän kuin vety, joten HCl-molekyylissä klooriatomilla on negatiivinen osittaisvaraus ja vetyatomilla on positiivinen osittaisvaraus.

Hapen elektronegatiivisuus on suuri, mutta O2-molekyylissä sidoksen muodostavat saman alkuaineen atomit, joten elektronit jakautuvat tasan. Molekyylin atomeilla ei siten ole osittaisvarauksia.

Formaldehydissä on elektronegatiivinen happiatomi, joten hapella on negatiivinen osittaisvaraus ja siihen liittyneellä hiilellä on positiivinen osittaisvaraus. Hiili- ja vetyatomien väliset sidokset ovat lähes poolittomia, joten vetyatomien osittaisvaraukset ovat pienet.

Metyyliamiinissa typpiatomilla on suuri elektronegatiivisuus, joten typen osittaisvaraus on negatiivinen. Typpeen liittyneillä vetyatomeilla on väistämättä positiiviset osittaisvaraukset. Hiilen osittaisvarausta on vaikea arvioida, koska hiili on liittynyt paitsi poolisella sidoksella typpeen myös poolittomilla sidoksilla vetyihin.

https://peda.net/id/ccc32f5e4

Molekyylien merkittävimmät osittaisvaraukset.

(Yksittäisten atomien osittaisvarauksia on usein vaikea arvioida. Niitä voidaan selvittää laskennallisilla ohjelmilla, mutta saadut arvot riippuvat melko paljon käytetyistä menetelmistä. Olennaista on osata tunnistaa molekyylin rakenteesta elektronegatiiviset alkuaineet, kuten happi ja typpi, jotka voivat antaa koko molekyylille voimakasta dipoliluonnetta.) 

E4.2

Sek-butyyliamiinissa on typpiatomi, joka tekee koko molekyylistä poolisen. Naftaleenissa on vain hiilen ja vedyn välisiä sidoksia, joten molekyyli on käytännössä pooliton. Heksaklooribentseenissä on poolisia hiili- ja klooriatomien välisiä sidoksia, mutta poolisuudet kumoutuvat symmetrian vuoksi, joten molekyyli on kokonaisuutena pooliton. Happiatomin sisältävä 2-fenyylifenoli on poolinen molekyyli, sillä mikään molekyylin rakenteessa ei kumoa syntyvää varausjakumaa.

Jos torjunta-aine on poolinen, se liukenee todennäköisesti hyvin veteen. Poolittomat torjunta-aineet liukenevat rasvoihin, joten ne voivat pidättyä eläinten elimistöihin. Jos pooliton torjunta-aine ei hajoa elimistössä, se voi rikastua ravintoketjuissa.

(Tunnetuin haitalliseksi osoittautunut torjunta-aine on rasvaliukoinen hyönteismyrkky DDT. Se oli alkuun myyntimenestys, mutta sen käyttö kiellettiin ympäristöhaittojen vuoksi useissa maissa 1970-luvulla. DDT:n on havaittu muun muassa ohentavan linnunmunien kuoria.)

https://peda.net/id/ccc3d8e64

DDT:n rakennekaava.

 

E4.3

Yhdisteistä ovat poolisia vesi, glyseroli ja asetoni, sillä niissä on happiatomeja, joiden aiheuttama varausjakauma ei kumoudu symmetrian perusteella. Poolittomia yhdisteitä ovat sykloheksaani, heptaani ja tetrakloorimetaani. Sykloheksaanissa ja heptaanissa on vain lähes poolittomia vedyn ja hiilen välisiä sidoksia. Tetrakloorimetaanissa poolisten hiili-kloorisidosten vaikutus kumoutuu symmetrian vuoksi.

Poolisten yhdisteiden voidaan arvioida liukenevan toisiinsa, samoin poolittomien toisiinsa. Asetoni on kuitenkin poikkeus: siinä on poolittomia CH3-ryhmiä, joten se liukenee hyvin myös poolittomiin yhdisteisiin.

(Liukoisuutta voidaan ennustaa poolisuuden avulla, mutta usein tulokset ovat vain suuntaa antavia. Jotkin pooliset aineet, kuten asetoni ja etanoli, sekoittuvat poolittomien heksaanin ja heptaanin kanssa kaikissa suhteissa. Poolittomat aineet taas saattavat liueta jossain määrin veteen: tetrakloorimetaania liukenee kilogrammaan vettä alle gramma ja heksaania liukenee noin kymmenen milligrammaa, mutta heptaani ei liukenee veteen lainkaan.)

 

E4.4

Anetolimolekyylissä on yksi happiatomi, mutta se on sitoutunut hiiliatomeihin, mikä pienentää sidosten poolisuutta verrattuna siihen, että happi olisi sitoutunut vetyatomiin. Molekyylissä on myös pitkä pooliton hiiliketju, joten anetoli on varsin pooliton yhdiste.

Raki on veden ja etanolin seos, ja siinä on lisäksi pieni määrä makuaineita, kuten anetolia. Mitä enemmän seoksessa on etanolia, sitä paremmin anetoli liukenee siihen, sillä etanoli liuottaa hyvin poolittomiakin yhdisteitä. Kun etanolin suhteellista osuutta seoksessa pienennetään lisäämällä rakiin vettä, anetoli ei enää liukenee seokseen vaan alkaa erottua siitä pisaroina.

Avonaisesta lasista anetoli haihtuu vähitellen, joten seos kirkastuu. Haihtumisesta kertoo myös se, että vuorokauden kuluttua avonaisessa lasissa ollut juoma tuoksuu selvästi vähemmän anikselta kuin suljetussa lasissa ollut juoma.

(Väri häviää ajan kanssa myös suljetusta astiasta. Aniksen tuoksu ei kuitenkaan poistu, joten anetolin määrä ei ilmeisesti vähene merkittävästi. Seos muuttuu läpinäkyväksi ilmeisesti siksi, että valkean värin aiheuttavat anetolipisarat hajoavat niin pieniksi, etteivät ne enää sirota valoa.)

 

E4.5

https://peda.net/id/ccc47b984

Vetykloridin, hapen, formaldehydin ja metyyliamiinin pallo-tikkumallit, varausjakaumat, dipolimomenttinuolet ja dipolimomenttien suuruudet (yksikkönä debye).