Chemie Grundlagen

Polarität

Was ist Polarität und worin unterscheiden sich polare und unpolare Stoffe? In diesem Beitrag erklären wir dir die Polarität verständlich anhand von mehreren Beispielen.

Schau dir gerne unser zugehöriges Video%Verweis zum Thema an, um den Inhalt dieses Beitrags noch schneller zu verstehen!

Inhaltsübersicht

Polarität einfach erklärt

Du kannst dir unter dem Begriff Polarität in der Chemie ganz einfach eine Verschiebung der Ladung in einem Molekül vorstellen. Diese Ladungsverschiebung gibt einigen Molekülen spezifische Eigenschaften, wie zum Beispiel ihre Löslichkeit in verschiedenen Stoffen.

Grundsätzlich wird in polare und unpolare Stoffe unterschieden. Ein polarer Stoff besitzt eine permanente räumliche Ladungstrennung (= elektrisches Dipolmoment). Durch diese ungleichmäßige Ladungsverteilung entsteht ein sogenannter Dipol.
Ein unpolarer Stoff hat keine permanente räumliche Ladungstrennung.

Definition

Eine Polarität bezeichnet in der Chemie eine Ladungsverschiebung in Gruppen von Atomen. Ein Maß für die Polarität eines Moleküls ist das elektrische Dipolmoment.

Elektrisches Dipolmoment

Das elektrische Dipolmoment%Verweis \vec {p} 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.

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Seine Formel lautet:

\vec {p} = q \cdot l \cdot \vec {e_l}

Das q steht für die Ladung des Moleküls und das l bezeichnet den Abstand der positiven und der negativen Ladung. Der Verbindungsvektor \vec {e_l} 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 q oder der Abstand l der Ladungen erhöht.

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Polar und unpolar

Grundsätzlich kannst du zwischen zwei Zuständen eines Moleküls unterscheiden: polar und unpolar (apolar).

Ob ein Molekül nun polar oder unpolar ist, kannst du sehr einfach anhand der sogenannten Elektronegativität feststellen. Diese gibt dir an, wie stark ein Atom Bindungselektronen an sich ziehen kann. Je stärker ein Atom an den Bindungselektronen zieht und je größer somit die Elektronegativitätsdifferenz (\Delta EN), desto höher die Ladungsverteilung und dadurch auch die Polarität.

Die Atome in einem Molekül mit einer höheren Elektronegativität haben eine negative Teilladung \delta^-, auch Partialladung genannt. Entsprechend besitzen die Atome mit einer niedrigeren Elektronegativität eine positive Teilladung \delta^+.

Polar

Polare Stoffe besitzen ein durchgehendes elektrisches Dipolmoment. Das heißt, dass du in ihnen konstant eine Ladungsverschiebung feststellen kannst.

Die beteiligten Atome der Bindung haben eine Elektronegativitätsdifferenz \DeltaEN von über 0. Die resultierende Bindung kannst du als polare Atombindung bezeichnen. Bei einem sehr hohen \DeltaEN (>1,7) gehen die Bindungselektronen zu einem Bindungspartner über. Dadruch 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 dieses Gesamtdipolmoment durch eine Symmetrie des Moleküls den Wert 0 hat, ist der Stoff trotz seiner polaren Atombindungen insgesamt unpolar.

Das ist zum Beispiel der Fall bei Bortrifluorid (BF_3) und Kohlenstoffdioxid (CO_2).

Eine besonders wichtige Eigenschaft polarer Moleküle ist ihre Löslichkeit. Polare Stoffe lösen sich gut in polaren Lösungsmitteln (Bsp: Salz in Wasser) und schlecht in unpolaren Lösungsmitteln.
Je ähnlicher die Wechselwirkungskräfte zwischen den Teilchen des Stoffes und des Lösungsmittels sind, desto besser löst sich der Stoff.

Die wohl bekanntesten polaren Stoffe sind verschiedene Salze, Zucker und das Wasser.

Unpolar

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. Sie sind sozusagen elektrisch neutral.

Du kannst unpolare Molekül ganz einfach daran erkennen, dass ihre Elektronegativitätsdifferenz \DeltaEN oder ihr Gesamtdipolmoment \vec p_ges null ergeben. Wenn das \DeltaEN null ergibt, spricht man von einer unpolaren Atombindung.

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. Die Bindungen einiger dieser Beispiele haben jedoch nicht ein \DeltaEN von genau null, sondern liegen oft etwas darüber. Du kannst die Bindungen mit einem \DeltaEN < 0,4 als schwach polare Bindung bezeichnen. Oft werden sie jedoch trotzdem als unpolar angesehen.

Polarität Einteilung

Durch eine genauere Betrachtung der Elektronegativitätsdifferenz \DeltaEN 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 stak 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 Beispiele

Im Folgenden betrachten wir zwei Beispiele für die Polarität eines Moleküls genauer.

Wasser Polarität

Wasser ist das typische Beispiel für ein polares Molekül. Es besteht aus zwei Wasserstoffatomen (H) und einem Sauerstoffatom (0).

Wasserstoff hat eine Elektronegativität von 2,1 und Sauerstoff hat die EN 3,5. Dadurch ergibt sich ein \DeltaEN von 1,4. Wasser ist also stark polar.

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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.

Ethanol Polarität

Ein besonderes 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 \DeltaEN von 1,4 ist die Gruppe stark polar und bewirkt, dass das gesamte Ethanol ebenfalls polar ist und sich so in Wasser lösen kann.

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