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Polarität

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Polarität

Polares löst sich in Polarem, Unpolares löst sich in Unpolarem!

Dieser Merksatz kommt dir vielleicht bekannt vor. Nun stellt sich die Frage, woher sich bestimmen lässt, ob ein Molekül polar ist oder nicht.

Die Polarität beschreibt dabei die Eigenschaft eines kovalent-gebundenen Moleküls, Ladungsschwerpunkte zu entwickeln. Die Ursache dafür ist die Elektronegativität.

Die Einteilung der Polarität

Die Polarität wird mithilfe der Elektronegativität bestimmt. Dafür gelten folgende Regeln für die Differenz:

  • δEN = 0,0: unpolare Bindung
  • δEN < 0,4: schwach polare Bindung
  • δEN < 1,7: stark polare Bindung
  • δEN > 1,7: Ionenbindung

Mithilfe von polaren Bindungen wird folglich der Übergang zu einer Ionenbindung markiert. Laut diesem Prinzip ist es jedoch unmöglich, dass Bindungen unpolar sind, wenn sie nicht aus den gleichen Ionen bestehen. Im nächsten Abschnitt lernst du jedoch, dass es da besondere Ausnahmen gibt.

Polarität bestimmen bei Molekülen

Die zuvor dargestellten Regeln lassen sich leicht für die simplen Moleküle darstellen. Vor allem Moleküle, die nur aus zwei Atomen bestehen, lassen sich damit ausreichend klassifizieren. Andere Moleküle wie Strukturformel Wasser Polarität StudySmarter und Strukturformel Kohlenstoffdioxid Polarität StudySmarter müssen genauer betrachtet werden. Obwohl beide aus insgesamt drei Atomen und zwei Atomsorten bestehen, ist Wasser polar, während Kohlenstoffdioxid unpolar ist.

Polarität bestimmen Wasser Kohlenstoffdioxid Strukturformel StudySmarterAbbildung 1: Wasser und Kohlenstoffdioxid im Vergleich Quelle: explain-it-arium.com

Die Abbildung zeigt dir nun, wie die einzelnen Atome aufgrund der Elektronegativität geladen sind. Wie du siehst, hat Sauerstoff eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff und als Kohlenstoff und ist daher in beiden Fällen leicht negativ geladen (δ-). Wasserstoff und Kohlenstoff hingegen sind in diesem Fall dann leicht positiv geladen (δ+). Warum ist nun Wasser polar, Kohlenstoffdioxid aber nicht?

Die Polarität verdeutlicht mit den Elektronenbewegungen

Die Ursache liegt hauptsächlich in der Ausrichtung der Moleküle und dem Winkel, der zwischen den Atomen jeweils liegt. Wie du bei Wasser siehst, sind die Atome jeweils 104,45° voneinander entfernt. Stell dir nun die Kraft hinter der Elektronegativität als Bewegung vor.

Polarität bestimmen Wassermolekül Elektronenbewegung StudySmarterAbbildung 2: Bewegung der Elektronen in einem Wassermoleküle Quelle: de.cleanpng.com

In dieser Abbildung zeigen die die Pfeile einmal die Bewegung, wie du sie dir vorstellen kannst. Die resultierende Bewegung daraus wäre gerade nach oben gerichtet. Solange eine solche Bewegung existiert, ist das Molekül polar.

Ganz anders sieht der Fall nun für Kohlenstoffdioxid aus. Zwar entsteht aufgrund der Unterschiede in der Elektronegativität auch eine Bewegung, diese liegen sich allerdings genau gegenüber und sind gleichstark. Die resultierende Bewegung wäre in diesem Fall 0. Daher ist das Molekül unpolar.

Polarität erklärt anhand des Dipolmoments

Eine zweite Möglichkeit der Bestimmung beschreibt das Dipolmoment.

Man bezeichnet Moleküle als polar, wenn sie ein dauerhaftes Dipolmoment besitzen. Das bedeutet, dass sich die einzelnen Ladungsverteilungen ständig räumlich unterscheiden lassen.

Die Definition weist eine sehr wichtige Eigenschaft auf. Polare Moleküle erkennst du immer an ihrem Dipolmoment. In Abbildung 1 sind die räumlichen Ladungsverteilung ebenfalls eingezeichnet. Du siehst dort, dass bei Wasser klar zwei Ladungen erkennbar sind. Bei Kohlenstoffdioxid hingegen sitzt die positive Ladung in der Mitte und kann so nicht sichtbar räumlich abgegrenzt werden.

Polarität bestimmen Polare Moleküle Dipolmoment StudySmarterAbbildung 3: Polare Moleküle Quelle: de.wikibooks.org

Die Abbildung 3 zeigt dir verschiedene polare Moleküle, bei denen jeweils durch entsprechende Notierung das Dipolmoment gekennzeichnet ist. So wird das erste Molekül oben links polar aufgrund seiner Bindung zwischen Kohlenstoff und Chlor (C-Cl-Bindung).

Die Angaben darunter beschreiben die Stärke des Dipolmoments µ. Dieses lässt sich berechnen mit folgender Gleichung:

Polarität bestimmen Berechnung Dipolmoment StudySmarter

Das Dipolmoment ist entsprechend das Produkt aus der Ladung (q) und dem Abstand (d) der Atomkerne. Die Einheit wird angegeben in Debye. Ein Debye entspricht . Die Einheit wird angegeben in Coulomb mal Meter. Je höher das Dipolmoment ist, desto stärker polarisiert ist ein Molekül.

Eigenschaften der Polarität

Die Polarität eines Moleküls hat verschiedene Auswirkungen auf die Reaktivität und Löslichkeit eines Stoffes. Wie das Zitat bereits zu Beginn sagte, sind polare Moleküle nur in anderen polaren Molekülen löslich. Dadurch entsteht auch die Unterscheidung zwischen hydrophilen bzw. lipophoben Molekülen und den hydrophoben bzw. lipophilen Molekülen. Fette sind entsprechend unpolar und lösen sich nicht in Wasser.

Polare Moleküle

Grundsätzlich kannst du davon ausgehen, dass alle Moleküle, die nicht aus Atomen der gleichen Art bestehen, immer mal wieder einen Dipol besitzen. Die Unterscheidung wird daher aufgrund der Beständigkeit des Dipols gemacht.

Weiterhin sind polare Moleküle hydrophil bzw. lipophob. Sie lassen sich in einem elektrischen Feld ausrichten, weshalb polare Moleküle auch leicht nachweisbar sind. Die Ausrichtung der Moleküle erfolgt aufgrund der Ladungsverteilung.

Polarität Eigenschaften Dipolmoment Dipol elektrisches Feld StudySmarterAbbildung 4: Ausrichtung der Dipole Quelle: aci.anorg.chemie.tu-muenchen.de

Ein weiterer Effekt der polaren Moleküle ist die gegenseitige Zusammenlagerung (Dipol-Dipol-Wechselwirkungen). Wasser ist das wichtigste polare Molekül, da es aufgrund dieser Eigenschaft in der Lage ist, Hydrathüllen zu bilden, die in Wasser gelöste Ionen vor weiteren Reaktionen schützt.

In Neuronen müssen die zu transportierenden Ionen eine Hydrathülle bilden, um die Ionenkanäle passieren zu können. So wird Natrium keinen Kanal passieren können, ohne eine Hydrathülle. Diese Eigenschaft des Wassers ist folglich auch dafür wichtig, dass Aktionspotentiale weitergeleitet werden können.

Zu den bekannten polaren Molekülen gehören:

  • Wasser
  • Salze
  • Zucker
  • Glas

Unpolare Moleküle

Unpolare Moleküle sind meist Elemente in ihrer Reinform, zum Beispiel Cl2, H2 und O2. Allerdings hast du auch gesehen, dass Moleküle wie Kohlenstoffdioxid unpolar sein können, da sie keine eindeutige räumliche Trennung der Ladung besitzen. Zu diesen Stoffen gehören auch Fette (Lipide), weshalb man unpolare Moleküle häufig auch als lipophil oder hydrophob bezeichnet.

Über diese Gruppe an Molekülen kann jedoch keine allgemeinen Aussagen getroffen werden. Viele davon sind Lipiden ähnlich, die ebenfalls hauptsächlich anhand ihres Lösungsverhaltens definiert werden können.

Zu den bekanntesten unpolaren Molekülen gehören:

Polarität – Ionische Verbindungen

Ionische Verbindungen sind eine Sonderform der polaren Bindung, da ihre Ladungen vollständig getrennt worden sind. Dennoch sind Verbindungen dieser Art in jedem Fall sehr stark polar. Es ist nicht nur ein Dipol erkennbar. Die räumliche Trennung der Elektronen hat tatsächlich stattgefunden. Genauso kann anhand der Elektronegativität eine "Bewegung" deutlich gemacht werden.

Ein perfektes Beispiel dafür ist Natriumchlorid (NaCl). Die Abbildung zeigt dir noch einmal den Unterschied zu einer polar kovalenten Bindungen.

Polarität Kovalente Bindungen Polare Bindungen Ionenbindungen StudySmarterAbbildung 5: Verschiedene BindungenQuelle: chem.libretexts.org

Dennoch kann nicht behauptet werden, dass Natriumchlorid durch die vollständige Trennung unpolar ist. Wie du sicherlich weißt, handelt es sich bei Natriumchlorid um ein Salz. Dieses löst sich sehr gut in Wasser auf. Schließlich verwendet man Kochsalz beim Kochen in heißem Wasser.

Du hast gelernt, dass Polares sich nur in Polarem löst. Daher muss es sich bei Natriumchlorid auch um ein polares Molekül handeln.

Polarität - Das Wichtigste

  • Die Polarität beschreibt die Fähigkeit eines Moleküls, Ladungsschwerpunkte zu entwickeln.
  • Man unterscheidet dabei anhand der Differenz der Elektronegativität in unpolar, schwach polar, stark polar und Ionenbindungen.
  • Polare Bindungen lassen sich deutlich machen, indem man die Elektronenbewegung verfolgt.
  • Das Dipolmoment bezeichnet die räumliche Trennung der Ladung. Diese Eigenschaft ist charakteristisch für polare Moleküle.
  • Die Polarität bestimmt die Reaktivität und das Löslichkeitsverhalten eines Moleküls.
  • Polare Moleküle sind in der Lage, sich in einem elektrischen Feld auszurichten. Sie bilden zudem Hydrathüllen.
  • Unpolare Moleküle lassen sich nur aufgrund ihres Löslichkeitsverhaltens zusammenfassen. Dazu zählen vor allem auch Fette.
  • Ionenbindungen sind eine Sonderform der polaren Bindung, da die Ladung tatsächlich räumlich getrennt ist. Sie sind aber durchaus noch immer polar, was die Lösung von Salzen in Wasser zeigt.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Polarität

Die Polarität lässt sich in der Realität durch ein elektrisches Feld erkennen, da sich die polaren Moleküle darin ausrichten. 

Anhand der Formel erkennt man sie, wenn man die Elektronegativität betrachtet und herausfindet, ob Dipolmomente entstehen.

Ein Moleküle ist polar, sobald es ein Dipolmoment entwickelt. Die Ladungen sind entsprechend räumlich getrennt. Bei unpolaren Molekülen ist dies nicht der Fall. Dabei spielt der Bindungswinkel eine große Rolle. 

Die Polarität bestimmt vor allem das Reaktionsverhalten sowie die Löslichkeit. Polares ist nur in Polarem löslich, Unpolares löst sich nun in Unpolarem. 

Ein Molekül wird als polar bezeichnet, wenn die Ladung des Moleküls eine räumliche Trennung aufweist. Dabei müssen sich konkret genau zwei Seiten ergeben: eine positive und eine negative Seite. Ursache dafür ist die unterschiedliche Elektronegativität der Atome. 

Finales Polarität Quiz

Frage

Wie lautet der Merksatz zur Polarität? 

Antwort anzeigen

Antwort

Polares löst sich in Polarem, Unpolares löst sich in Unpolarem.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Polarität? 

Antwort anzeigen

Antwort

​Die Polarität beschreibt dabei die Eigenschaft eines kovalent-gebundenen Moleküls, Ladungsschwerpunkte zu entwickeln. Die Ursache dafür ist die Elektronegativität.

Frage anzeigen

Frage

Ab welcher Differenz der Elektronegativität entsteht eine Ionenbindung? 

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Antwort

Die Differenz muss größer als 1,7 sein. 

Frage anzeigen

Frage

Die Bindung der Moleküle mit einer Elektronegativitätsdifferenz zwischen 0,4 und 1,7 bezeichnet man als:

Antwort anzeigen

Antwort

stark polare Bindung

Frage anzeigen

Frage

Wasser ist ein ..... Molekül. 

Antwort anzeigen

Antwort

polares

Frage anzeigen

Frage

Wonach entscheidet sich unabhängig vom Dipol, ob ein Molekül polar ist? 

Antwort anzeigen

Antwort

Wichtig dabei ist vor allem der Bindungswinkel. Wasser ist aufgrund des Winkels von 104,45° polar. Kohlenstoffdioxid ist aufgrund seines 180°-Winkels unpolar. 

Frage anzeigen

Frage

Wann ist ein Molekül abhängig vom Dipolmoment polar? 

Antwort anzeigen

Antwort

Man bezeichnet Moleküle als polar, wenn sie ein dauerhaftes Dipolmoment besitzen. Das bedeutet, dass sich die einzelnen Ladungsverteilungen ständig räumlich unterscheiden lassen. 

Frage anzeigen

Frage

Richtig oder falsch? 

Ionen sind unpolare Moleküle. 

Antwort anzeigen

Antwort

Falsch, sie sind polar, da bei ihnen ebenfalls eine räumliche Trennung der Ladungen stattgefunden hat. 

Frage anzeigen

Frage

Nenne Beispiel für polare Moleküle!

Antwort anzeigen

Antwort

  • Wasser
  • Salze
  • Zucker
  • Glas
Frage anzeigen

Frage

Nenne Beispiele für unpolare Moleküle!

Antwort anzeigen

Antwort

  • Benzin 
  • Tetrachlormethan
  • Wachs
  • Fett
  • Alkane
  • Alkene
  • Alkine
Frage anzeigen

Frage

Wie lassen sich polare Moleküle nachweisen? 

Antwort anzeigen

Antwort

Der einfachste Nachweis erfolgt über das Anlegen eines elektrischen Felds. Aufgrund der Ladungsverteilung richten sich die Moleküle im elektrischen Feld aus. 

Frage anzeigen

Frage

Wie bezeichnet man das gegenseitige Zusammenlagern von unpolaren Molekülen wie Wasser? 

Antwort anzeigen

Antwort

Das wird als Dipol-Dipol-Wechselwirkungen bezeichnet. 

Frage anzeigen

Frage

Welchen Effekt haben Wassermoleküle auf Ionen?

Antwort anzeigen

Antwort

Aufgrund der Polarität entwickeln Wassermoleküle eine Hydrathülle um Ionen. Das spielt zum Beispiel für das Aktionspotential eine Rolle. 

Frage anzeigen

Frage

Richtig oder falsch? 

Unpolare Moleküle werden als hydrophil bzw. lipophob bezeichnet. 

Antwort anzeigen

Antwort

Falsch, da sie nicht in Wasser löslich sind werden sie als hydrophob (wasserfürchtend) bezeichnet bzw. als lipophil (fettliebend). 

Frage anzeigen
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