Usando i dipoli / polarità molecolari di H_2O, NH_3 e CH_4, come spieghi perché CH_4 non si mischia con H_2O?

Risposta:

In breve: # "CH" _4 # è soluto non polare mentre l'acqua polare è un solvente.

Spiegazione:

Considera il numero di domini di elettroni, quindi la geometria molecolare per ciascuna delle tre specie.

Atomi centrali nelle tre molecole (# "O" #, # "N" #, e # "C" # rispettivamente, tutti i quali si trovano nei primi tre periodi della tavola periodica) formano ottetti di otto elettroni di valenza. Sarebbe una combinazione di quattro legami covalenti e coppie solitarie - quindi ciascuno degli atomi centrali ha quattro domini di elettroni. La particolare geometria molecolare dipenderebbe quindi dal numero di coppie di legame per atomo centrale.

• Ogni atomo di ossigeno forma due legami covalenti, uno con ciascun idrogeno. Pertanto, con due coppie di legame su quattro domini di elettroni, le molecole d'acqua condividono una caratteristica asimmetrico geometria molecolare piegata / a forma di V

• Ogni atomo di azoto ha cinque elettroni di valenza e tre forme # "N" - "H" # legami in un # "NH" _3 # molecola. Quindi l'atomo di azoto in un # "NH" _3 # la molecola ha tre coppie di legame tra i suoi quattro domini di elettroni e, analogamente, ha a asimmetrico geometria piramidale.

• Ogni atomo di carbonio in # "CH" _4 # forme quattro # "C" - "H" # singoli legami. Senza coppie solitarie presenti, le cariche nella molecola si distribuiscono uniformemente, dando # "CH" _4 # un simmetrico geometria.

Con un solo tipo di legame covalente presente, si suppone che le resistenze dipolari siano identiche in ciascuna delle molecole. I dipoli si sommano vettorialmente in ogni particella; a causa della disposizione simmetrica, si annullano # "CH" _4 # molecole di metano, nel senso che queste molecole non hanno dipolo netto e sono non polari.

La regola "like dissolves like" suggerisce che i soluti non polari tendono ad avere un'alta solubilità in solventi non polari ma non in solventi polari e viceversa per soluti polari. Come precedentemente spiegato, il soluto in questione qui, # "CH" _4 #, è una sostanza non polare - mentre il solvente # "H" _2 "O" # è molto polare Di conseguenza, è ragionevole che # "CH" _4 # a malapena si dissolvono # "H" _2 "O" #.