Sử dụng các lưỡng cực / cực của phân tử H_2O, NH_3 và CH_4, làm thế nào để bạn giải thích tại sao CH_4 không trộn với H_2O?

Câu trả lời:

Nói ngắn gọn: # "CH" _4 # là chất tan không phân cực trong khi nước phân cực dung môi.

Giải trình:

Hãy xem xét số lượng các miền điện tử do đó hình học phân tử cho mỗi trong ba loài.

Nguyên tử trung tâm trong ba phân tử (# "O" #, # "N" #và # "C" # tương ứng, tất cả chúng nằm trong ba giai đoạn đầu tiên của bảng tuần hoàn) tạo thành các octet của tám electron hóa trị. Đó sẽ là sự kết hợp của hoàn toàn bốn liên kết cộng hóa trị và các cặp đơn độc - do đó mỗi nguyên tử trung tâm có bốn miền electron. Do đó, dạng hình học phân tử cụ thể sẽ phụ thuộc vào số lượng cặp liên kết trên mỗi nguyên tử trung tâm.

• Mỗi nguyên tử oxy tạo thành hai liên kết cộng hóa trị, một liên kết với mỗi hydro. Do đó, với hai cặp liên kết trong bốn miền electron, các phân tử nước có chung một đặc điểm không đối xứng hình học phân tử uốn cong / hình chữ V.

• Mỗi nguyên tử nitơ có năm electron hóa trị và tạo thành ba # "N" - "H" # trái phiếu trong một # "NH" _3 # phân tử. Do đó nguyên tử nitơ trong một # "NH" _3 # phân tử có ba cặp liên kết trong số bốn miền electron của nó và tương tự, có một không đối xứng hình học hình chóp.

• Mỗi nguyên tử carbon trong # "CH" _4 # mẫu bốn # "C" - "H" # trái phiếu đơn. Không có cặp đơn độc nào xuất hiện, các điện tích trong phân tử trải đều, cho # "CH" _4 # một đối xứng hình học.

Chỉ có một loại liên kết cộng hóa trị duy nhất, cường độ lưỡng cực được cho là giống hệt nhau trong mỗi phân tử. Các lưỡng cực cộng lại theo vectơ trong mỗi hạt; do bố cục đối xứng, họ hủy bỏ trong # "CH" _4 # phân tử metan, có nghĩa là các phân tử này không mang lưỡng cực ròng và không phân cực.

Quy tắc "giống như hòa tan như" gợi ý rằng các chất tan không phân cực có xu hướng có độ hòa tan cao trong dung môi không phân cực nhưng không phải là dung môi phân cực và ngược lại đối với các chất tan có cực. Như đã giải thích trước đây, chất tan trong câu hỏi ở đây, # "CH" _4 #, là một chất không phân cực - trong khi dung môi # "H" _2 "O" # là cực cao. Kết quả là, hợp lý là # "CH" _4 # hầu như không hòa tan trong # "H" _2 "O" #.