Dipolmoment

Liegt in einem Molekül eine ungleichmäßige Ladungsverteilung vor, so bildet es einen Dipol. Die Stärke des Dipolcharakters wird durch das Dipolmoment ausgedrückt, Das Dipolmoment ist definiert als das Produkt aus der Ladung und dem Abstand von positiver und negativer Ladung:

Der Vektor ist parallel zu l von - nach + gerichtet. Statt der Einheit "Coulomb · Meter" wird meist traditionell die Einheit Debye (D) verwendet, wobei gilt:

1 D = 3,33 · 10^-30 C·m

Das Dipolmoment völlig unpolarer Moleküle wie H₂ oder N₂ ist Null. Je polarer die Bindung eines zweiatomigen Moleküls ist, umso größer ist sein Dipolmoment. Mit Hilfe des Dipolmoments kann man das Ausmaß der Polarität einer Bindung berechnen. Wäre nämlich die Bindung völlig polar, d.h. eine reine Ionenbindung, so würde sich das Dipolmoment aus Atomabstand und Elementarladung berechnen. Diesen fiktiven Wert (ion) vergleicht man mit dem experimentell (aus der Dielektrizitätskonstanten) ermittelten Dipolmoment (exp) und kann dann die Polarität der Bindung in Prozent Ionencharakter angeben:

· Beispiel: HF



Völlig ionischer Bindung ("100 % lonencharakter") würde p(ion) = 4,42 D entsprechen; der prozentuale Ionencharakter P berechnet sich also zu:

P = 1,9 D/4,42&nbspD · 100 % = 43 %.

D.h. die kovalente Bindung im HF-Molekül ist stark polarisiert.

Nicht auf zweiatomige Moleküle beschränkt ist ein Abschätzungsverfahren nach PAULING, der folgende empirische Beziehung formulierte:

Trägt man EN gegen P auf, so erhält man folgende Kurve:

Für überschlägige Betrachtungen braucht man weder Formel noch Tabelle, sondern merkt sich, daß 50 % Ionencharakter einer Elektronegativitätsdifferenz von ca, 2 entsprechen. Es existieren auch andere Berechnungsverfahren, die zu etwas abweichenden Ergebnissen führen. Eine Antwort auf die Frage ob man Bindungen im Grenzbereich zweckmäßig als überwiegend ionisch oder überwiegend, kovalent beschreibt, ergibt sich viel praktikabler aus den Eigenschaften des jeweiligen Stoffes.

Bei mehratomigen Molekülen kann man sich das Gesamtdipolmoment aus den Bindungsmomenten der einzelnen Bindungen vektoriell addiert denken. (Die Momente der einzelnen Bindungen sind aber experimentell nicht direkt meßbar.) Die vektorielle Addition bedeutet, daß für das Gesamtdipolmoment das Ausmaß der Bindungspolarisierung einerseits und die räumliche Orientierung der Bindungen andererseits eine Rolle spielen. Die Bindungsmomente beeinflussen sich aber derart stark, daß aus den Elektronegativitätsdifferenzen der Atome keine brauchbaren Vorhersagen über das Dipolmoment möglich sind. Außerdem spielt das Vorhandensein freier Elektronenpaare im Molekül eine Rolle.

Unter bestimmten Symmetrieverhältnissen können sich die Bindungsmomente zu einem Dipolmoment von Null addieren. Die z.B. ist der Fall bei Bortrifluorid (dreieckig-planare Struktur) und Kohlendioxid (lineare Struktur):

Die Moleküle von Ammoniak (trigonal-pyramidale Molekülstuktur, Typ: AX₃E) und Wasser (gewinkelte Molekülstruktur, Typ: AX₂E₂) besitzen dagegen ein Dipolmoment:

Aus den Beispielen ist im übrigen ersichtlich, daß die Messung des Dipolmoments einer Substanz ein Beitrag zur Strukturaufklärung von Molekülen sein kann. - Dipolmomente werden ermittelt, indem man die Dielektrizitätskonstante der Substanz mißt und mit der Beziehung von CLAUSIUS und MOSOTTI umrechnet:

Debei muß beachtet werden, daß das so gemessene mittlere Dipolmoment, , sowohl einen Anteil der Polarisierbarkeit des Moleküls als auch sein "permanentes Dipolmoment" enthält. Beide Effekte künnen ggf. durch Messung der Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten voneinander abgetrennt werden.