Polarität
Die Polarität tritt in der Chemie häufig in Molekülen auf. Was Polarität ist und was polar bedeutet, erfährst du hier oder im Video .
Inhaltsübersicht
Was ist Polarität?
Polarität beschreibt die Bildung von getrennten Ladungsschwerpunkten zwischen Atomen eines Moleküls. Ursache dafür ist eine Ladungsverschiebung zwischen den Atomen, die häufig durch unterschiedliche Elektronegativitäten entsteht.
Durch die Ladungstrennung entsteht in einem Molekül ein elektrisches Dipolmoment p. Das elektrische Dipolmoment ist ein Maß für die Polarität eines Stoffes. Je größer das Dipolmoment, desto polarer ist das Molekül.
Polarität tritt in chemischen Verbindungen durch getrennte Ladungsschwerpunkte auf. Die Ladungsschwerpunkte entstehen durch Ladungsverschiebungen zwischen Atomen unterschiedlicher Elektronegativität.
Du kannst Stoffe aufgrund ihrer Polarität allgemein in zwei Kategorien einteilen:
- polare Stoffe: permanentes elektrisches Dipolmoment
- unpolare Stoffe: kein permanentes elektrisches Dipolmoment
Die Polarität von Stoffen beeinflusst Eigenschaften , wie beispielsweise ihre Löslichkeit.
Polar und unpolar
Grundsätzlich kannst du zwischen zwei Arten von Molekülen unterscheiden:
- polare Moleküle
- und unpolare (apolare) Moleküle.
Ob ein Molekül nun polar oder unpolar ist, kannst du anhand der sogenannten Elektronegativitäten der einzelnen Bindungspartner feststellen. Die Elektronegativität (EN) gibt an, wie stark ein Atom Bindungselektronen zu sich ziehen kann.
Je stärker ein Atom an den Bindungselektronen zieht und je größer somit die Elektronegativitätsdifferenz (
EN), desto höher die Ladungsverteilung und dadurch auch die Polarität.
Die Atome in einem Molekül mit einer höheren Elektronegativität haben eine negative Teilladung 
, auch Partialladung genannt. Entsprechend besitzen die Atome mit einer niedrigeren Elektronegativität eine positive Teilladung 
.
Polare Moleküle
Polare Moleküle besitzen ein permanentes elektrisches Dipolmoment. Das heißt, dass du in ihnen eine konstante Ladungsverschiebung feststellen kannst.
Einzelne Bindungen in polaren Molekülen haben eine Elektronegativitätsdifferenz (EN) zwischen 0,5 und 1,7. Die resultierende Bindung kannst du als polare Atombindung
bezeichnen. Bei einem sehr hohen EN (>1,7) sprichst du von einer Ionenbindung. Dadurch entstehen zwei Ionen, die grundsätzlich polar sind.
Wenn in einem Molekül nur polare Atombindungen vorhanden sind, kannst du die einzelnen elektrischen Dipolmomente zu eine Gesamtdipolmoment (\vec p_ges) addieren. Falls das Gesamtdipolmoment durch die Symmetrie des Moleküls den Wert 0 hat, ist der Stoff trotz seiner polaren Atombindungen insgesamt unpolar. Das ist zum Beispiel der Fall bei Bortrifluorid (BF3) und Kohlenstoffdioxid (CO2).
Die wohl bekanntesten polaren Stoffe sind verschiedene Salze, Zucker und das Wassermolekül.
Unpolare Moleküle
Ein unpolarer oder auch apolarer Stoff zeichnet sich durch ein nicht durchgehendes elektrisches Dipolmoment. Das heißt, dass du in ihnen keine konstante Ladungsverschiebung (= homogene Ladungsverteilung) feststellen kannst.
Du kannst unpolare Moleküle daran erkennen, dass die Elektronegativitätsdifferenzen EN sehr klein sind.
Analog zu der Löslichkeit von polaren Stoffen lassen sich unpolare Stoffe besonders gut in unpolaren Lösungsmitteln auflösen (z. B. Fett in Benzin). Du kannst dir die Löslichkeit polarer und unpolarer Stoffe mit dem Spruch „similia similibus solvuntur“ (Ähnliches löst sich in ähnlichem) gut merken.
Bekannte unpolare Stoffe sind zum Beispiel Alkane , Alkene , Alkine , Benzin, Fett und Wachs.
Du kannst die Bindungen mit einem EN < 0,4 als schwach polare Bindung bezeichnen. Oft werden sie jedoch als unpolar beschrieben.
Polare und unpolare Bindungen
Durch eine genauere Betrachtung der Elektronegativitätsdifferenz EN kannst du Bindungen nicht nur in polar und unpolar, sondern noch in einigen Abstufungen einteilen.
Die folgende Tabelle gibt dir grobe Richtwerte für die Einteilung der Polarität einer Bindung:
| ΔEN | Bindungsart | Beschreibung | Beispiel |
|---|---|---|---|
| 0,0 | unpolare Bindung | Elektronenpaare von allen Atomen gleich stark beansprucht Kein permanentes Dipolmoment |
Fluor (F2) EN F: 3,98 ΔEN = 0 |
| 0,1 - 0,4 | schwach polare Bindung | Ein Atom beansprucht Elektronenpaare etwas stärker als das andere Permanentes Dipolmoment |
C-H-Bindung EN C: 2,5; EN H: 2,1 ΔEN = 0,4 |
| 0,4 - 1,7 | stark polare Bindung | Ein Atom beansprucht Elektronenpaare viel stärker als das andere Permanentes Dipolmoment |
Wasser (H2O) EN H: 2,1; EN O: 3,5 ΔEN = 1,4 |
| > 1,7 | Ionenbindung | Keine gemeinsamen Elektronenpaare vorhanden Bildung von Ionen |
Natriumchlorid (NaCl) EN Na: 0,9; EN Cl: 3,16 ΔEN = 2,26 |
Polarität Wasser
Wasser ist das typische Beispiel für ein polares Molekül. Es besteht aus zwei Wasserstoffatomen (H) und einem Sauerstoffatom (O).
Wasserstoff hat eine Elektronegativität von 2,1 und Sauerstoff hat ein EN von 3,5. Dadurch ergibt sich ein EN von 1,4. Wasser ist also stark polar.
Aus dem Wissen, das du nun gewonnen hast, kannst du dir auch erschließen, warum sich Öl nicht in Wasser lösen kann. Da sich nur ähnliches in ähnlichem lösen kann („similia similibus solvuntur“), mischen sich die Teilchen des Öls nicht mit denen des Wassers.
Polarität Ethanol
Ein Beispiel für eine gemischte Polarität ist das Ethanol . Ethanol hat eine unpolare Kohlenstoffkette, löst sich aber trotzdem in Wasser.
Das liegt an seiner OH-Gruppe
. Mit einem EN von 1,4 ist die Gruppe stark polar und bewirkt, dass das gesamte Ethanol ebenfalls polar ist und sich so in Wasser lösen kann.
Elektrisches Dipolmoment
Das elektrische Dipolmoment
ist ein Vektor, der vom Schwerpunkt der negativen Ladung zum Schwerpunkt der positiven Ladung zeigt. Er gibt dir also an, ob in einem Molekül die Ladung ungleichmäßig verteilt ist oder nicht.
Seine Formel lautet:
Das 
steht für die Ladung des Moleküls und das 
bezeichnet den Abstand der positiven und der negativen Ladung. Der Verbindungsvektor 
zeigt von der negativen zur positiven Ladung und normiert die Gleichung.
Das elektrische Dipolmoment und somit auch die Polarität steigt an, wenn sich die Ladung oder der Abstand der Ladungen erhöht.
Organische Verbindungen
Du hast in dem Beitrag das Konzept der Polarität kennengelernt sowie am Beispiel von Ethanol ein Verständnis dafür bekommen. Ethanol gehört zu den organischen Verbindungen, die ebenfalls in polare und unpolare Moleküle unterteilt werden können. Wenn du mehr darüber erfahren willst, schau dir unser Video dazu an!
