LABORATORIO SULLA POLARITÀ e POLARIZZABILITÀ

Il momento dipolare misura la polarità di un legame chimico. Più che quello di un legame a noi interessa quello dell'intera molecola, a tal fine vedere la precedente pagina .
Una sostanza polare, se in forma liquida (filo di liquido) o in forma solida (piccoli cristalli o polvere), è in grado di interagine con un campo elettrostatico, come quello generato da un isolante caricato elettricamente per semplice strofinio con altro isolante opportuno. Le combinazioni ricordate nei libri di testo sono:
lana, plastica (la prima si carica positivamente, la seconda negativamente);
vetro, ambra (la prima si carica positivamente, la seconda negativamente);
vetro, seta (la prima si carica positivamente, la seconda negativamente.

Si può procedere molto facilmente utilizzando un panno di lana o i propri capelli, che chimicamente sono molto simili essendo entrambi a base di cheratina, con una penna di plastica; va benissimo la comune penna bic economica. Per strofinio, come ricordato sopra, è possibile caricare la penna negativamente e avvicinarla ai vari campioni di sostanze o miscugli.
I campioni in fase liquida saranno contenuti in varie burette:

mentre i campioni solidi in vetrini da orologio o sparsi su una superficie, meglio se su un cartoncino scuro:

Le sostanze possono interagire con la bacchetta (cioé la penna di plastica) o non interagire; le prime saranno quindi polari o polarizzabili, le seconde non polari e non polarizzabili.
Le sostanze le cui molecole sono simmetriche, ossia che possiedono tutte le caratteristiche della simmetria: punto di inversione, asse di rotazione e piano di riflessione, non possono manifestare momento dipolare e quindi non possono essere polari (ma possono avere momenti di tetrapolo o octopolo).

Più esattamente:
1) le sostanze ioniche, ossia dove nella molecola abbiamo almeno un legame ionico, in linea teorica devono interagire con un campo elettrostatico. In effetti i cristalli, se possono, saltellano, parte vengono attratti e parte vengono respinti a seconda che la bacchetta (-) si avvicina verso un angolo del cristallo povero di elettroni o ricco di elettroni rispettivamente;
2) le sostanze polari, ossia dove nella molecola abbiamo tutti legami covalenti puri e almeno un legame polare non simmetrico, in linea teorica devono interagire con un campo elettrostatico;
3) le sostanze non polari, ossia dove nella molecola abbiamo solo o prevalentemente legami covalenti puri con differenza di elettronegatività < 0,5 possono interagire ed essere polarizzabili; in tal caso possiedono orbitali con elettroni mobili come legami metallici, doppi legami C=C, o tripli legami C≡C;
4) sostanze non polari non polarizzabili, nella molecola abbiamo solo legami covalenti puri con differenza di elettronegatività < 0,5 e nessuna situazione di elettroni mobili.

I metalli avendo legami metallici con differenza di elettronegatività < 0,5 ricadono in un caso particolare, avendo gli elettroni dell'ultimo livello (orbitale s) che possono muoversi facilmente e quindi si comportano come 3) cioé sostanze polarizzabili e vengono facilmente attirati dalle cariche elettrostatiche al pari delle sostanze polari 2).

Possiamo quindi costruire la seguente tabella in base a quanto riportato sopra.

sostanza o miscuglioformula chimicaclassificazione
acetonitrile
CH3CN
polare covalente 2)
  molecola non simmetrica, possiede legami covalenti puri C-H e C-C ma anche un legame covalente polare C≡N
acqua
H2O
polare covalente 2)
  molecola non simmetrica, possiede due legami covalenti polari O-H, le molecole sono libere di ruotare e girarsi
alluminio
Al
non polare ma polarizzabile 3)
  reticolo cristallino formato da ioni Al++ con due elettroni liberi sugli orbitali 3s2
bicarbonato di sodio
NaHCO3
polare ionica 1)
  reticolo cristallino formato da ioni Na+ e HCO3-
carbone/grafite
(C6)n volte
non polare ma polarizzabile 3)
  struttura con solo legami covalenti puri C-C e C=C
   i legami C=C determinano la sua polarizzabilità
gesso
CaSO4•2 H2O
polare ionica 1)
  reticolo cristallino formato da ioni Ca++ e SO4-
  le molecole di acqua non sono libere di ruotare e non giocano un ruolo significativo
ottano
C8H18
non polare e difficilmente polarizzabile 4)
  molecola con soli legami covalenti puri C-C e C-H (però allo stato liquido)
polietilene
(-CH2-)n volte
non polare non polarizzabile 4)
  polimero con solo legami covalenti puri C-C e C-H allo stato solido
polistirene
[-CH2-CH(C6H5)-]n volte
non polare ma polarizzabile 3)
  polimero con solo legami covalenti puri C-H, C-C e C=C
   i legami C=C se organizzati in gruppi ad anello (C6) sono polarizzabili
sale
NaCl
polare ionica 1)
  reticolo cristallino formato da ioni Na+ e Cl-
xilene
C8H10
non polare ma leggermente polarizzabile 3) o 4)
  miscela di tre isomeri, possiede solo legami covalenti pui C-H C-C e C=C
   i legami C=C se organizzati in gruppi ad anello (C6) sono polarizzabili
zolfo
S8
non polare non polarizzabile 4)
  molecole con solo legami covalenti puri S-S

Ripetiamo qui la tabella con i momenti dipolari dei più comuni solventi usati in chimica organica:
solvente in ordine di momento dipolareformula chimicamomento dipolare in Debye
cicloesano (simmetrico)
C6H12
μ = 0 D
eptano
C7H16
μ = 0 D
isoottano
C8H18
μ = 0 D
p-xilene (simmetrico)
C6H4(CH3)2
μ = 0 D
esano
C6H14
μ = 0,08 D
toluene
C7H8 o C6H5CH3
μ = 0,31÷0,37 D
m-xilene
C6H4(CH3)2
μ = 0,33÷0,37 D
1,4-diossano
C4H8O2 o (C2H4O)2
μ = 0,45 D
o-xilene
C6H4(CH3)2
μ = 0,45÷0,64 D
furano
C4H4O
μ = 0,70 D
etere
C4H10O
μ = 1,15 D
anilina
C6H5NH2
μ = 1,55 D
pirrolidina
C4H8NH
μ = 1,58 D
alcool etilico o etanolo
C2H5OH
μ = 1,66 D
alcool isopropilico
C3H7OH
μ = 1,66÷1,69 D
1,2-dimetossietano o glyme
(CH3O)2C2H4
μ = 1,71 D
n-butanolo
C4H9OH
μ = 1,75 D
tetraidrofurano
C4H8O
μ = 1,73÷1,75 D
isobutanolo
C4H9OH
μ = 1,79 D
pirrolo
C4H4NH
μ = 1,81 D
acetato di etile
C2H3COOC2H5
μ = 1,88 D
piridina
C5H5N
μ = 2,37 D
acetone
(CH3)2CO
μ = 2,69 D
2-pentanone o
metil-n-propilchetone
CH3COC3H7
μ = 2,70 D
metanolo o alcool metilico
CH3OH
μ = 2,87 D ?
propanolo o alcool n-propilico
C3H7OH
μ = 3,09 D ?
acetonitrile
C2H3N o CH3CN
μ = 3,44 D
nitrometano
CH3NO2
μ = 3,67 D
dimetilacetammine
CH3CON(CH3)2
μ = 3,72 D
DMF o N,N-dimetilformammide
HCON(CH3)2
μ = 3,86 D
DMSO o dimetilsolfossido
C2H6OS o (CH3)2SO
μ = 4,1 D
nitrobenzene
C6H5NO2
μ = 3,95÷4,28 D

Bibliografia
http://www.scienzeascuola.it/
http://it.wikipedia.org/polarità