Momento Dipolar 6s1l2o

.

INTRODUCCIÓN Una medida cuantitativa de la polaridad

de un enlace es su momento dipolar

molecular ( ), definido por el producto de la carga ( ) y la longitud del enlace (d), matemáticamente se expresa como: Tiene unidades de coulomb por metro [c * m] o Debyes [D] en el sistema internacional de unidades. El factor de conversión es el siguiente: El momento dipolar molecular es una cantidad vectorial, por lo tanto posee magnitud, dirección y sentido, lo cual implica que una molécula que posee una resultante, diferente

de

cero,

de

momento

dipolar

molecular

y

una

diferencia

de

electronegatividad significativa en sus átomos es una molécula polar. Entonces la polaridad de una molécula esta ligada a su geometría (De ella depende que la molécula tenga momento dipolar distinto de cero, ya que el momento dipolar es una cantidad vectorial), a la electronegatividad en los enlaces y a la presencia de pares de electrones libres en la molécula. Las mediciones de momento dipolar molecular se realizan en base al hecho que las moléculas polares son orientadas en un campo eléctrico, por esto ultimo se utiliza un capacitor para medir el momento dipolar molecular. Una forma de comprobar la polaridad de una molécula, es introducirla en un campo eléctrico, ya que debido a que esta posee un momento dipolar diferente de cero, este momento dipolar se orienta en la presencia del campo eléctrico, lo cual produce una interacción entre la molécula y el campo eléctrico que podemos observar mediante la atracción de la molécula hacia la fuente de campo eléctrico.

OBJETIVO Comprobar la polaridad (o la no polaridad) del agua, hexano, acetona, pentano, dimetilsulfóxido(DMSO), acetona con agua y acetato de cobre, agua con azúcar y agua con sal, mediante la observación de su interacción con un campo eléctrico.

HIPÓTESIS

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Se espera que los líquidos polares sean el: 

agua



DMSO



acetona,



acetona con agua y acetato de cobre



agua con azúcar



agua con sal

Los cuales deben ser atraídos hacia la fuente de campo eléctrico. Y los líquidos no polares deberían ser: 

Pentano



Hexano

Los momentos dipolares de las sustancias se muestran en la tabla 1.

Sustancia

Momento dipolar [D]

Agua

1.87

DMSO

4.3

Acetona

2.91

Pentano

0.007

Hexano

0

Acetona con agua y acetato de cobre

----

Agua con sal

----

Agua con azúcar

----

Tabla 1: Muestra el momento dipolar de cada sustancia.

RESULTADOS La comprobación de la polaridad de las sustancias, ya mencionadas en la hipótesis, se llevo acabo con la ayuda del sistema formado por una bureta de 25 ml, sujeta por un porta-bureta, que a su vez estaba sujeto a un soporte universal y un matraz de Erlen Meyer, de 250ml, colocado debajo de la bureta, así como un globo, los cuales

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fueron nuestra fuente de campo eléctrico inducido por frotamiento. Este sistema se muestra en la figura1.

Figura 1: Sistema con el que se comprobó la polaridad del agua y algunos disolventes orgánicos.

Se colocaron 4 sistemas, como el mostrado en la figura 1, la respectiva bureta de cada sistema se lleno con uno de los líquidos, ya mencionados en la hipótesis, posteriormente el globo se cargaba por frotamiento con piel, cabello, gorro de lana, bufanda de estambre o franela. A continuación se abría la llave de paso de la bureta y se acercaba el globo y se observaba si había atracción de la sustancia hacia la fuente de campo eléctrico. Los resultados obtenidos con las diversas sustancias y con diferentes materiales para cargar el globo se muestran en la tabla 2.

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Sustancia\Material

Piel

Cabello

Lana

Estambre

Franela

Liquido polar

Agua

SI

SI

SI

SI

SI

SI

DMSO

SI

SI

SI

SI

SI

SI

Acetona

SI

SI

SI

SI

SI

SI

Pentano

NO

NO

NO

NO

NO

NO

Hexano

SI

SI

SI

SI

SI

SI

Acetona con agua y

SI

SI

SI

SI

SI

SI

Agua con sal

SI

SI

SI

SI

SI

SI

Agua con azúcar

SI

SI

SI

SI

SI

SI

acetato de cobre

Tabla 2: Muestra si hubo atracción de la fuente de campo eléctrico y la sustancia con los diferentes materiales con los que se cargo el globo. Además muestra si el liquido experimentalmente es polar o no.

La figura 2 muestra como se observo la interacción del campo eléctrico y una sustancia polar.

Figura 2: interacción del campo eléctrico con una sustancia polar.

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DISCUSIÓN La comprobación de la polaridad de estas sustancias se intento realizar con un campo magnético en lugar de un campo eléctrico. Pero con el campo magnético no se presentaba ninguna interacción a pesar de que el líquido fuera polar. Inclusive se vario la magnitud del campo magnético, mediante el empleo de un electroimán para generarlo, en el cual se podía variar la corriente electrica. ¿Por qué no se da interacción alguna entre un líquido polar y un campo magnético? De electrostática sabemos que al introducir un dipolo eléctrico en un campo eléctrico externo este se alinea. Es necesario introducir el concepto de material dieléctrico. Por definición un dieléctrico es un aislante, es decir, un dieléctrico no tiene cargas libres o cargas de conducción. Buscamos ahora entender que sucede cuando colocamos un dieléctrico en un campo eléctrico. Las moléculas de ciertos dieléctricos, como el agua, tienen momentos dipolares eléctricos permanentes, es decir por su naturaleza la molécula tiene estos momentos dipolares aun en ausencia de un campo eléctrico. En tales materiales (llamados dieléctricos polares) los momentos dipolares eléctricos tienden a alinearse en presencia de un campo eléctrico externo. Puesto que las moléculas están en constante agitación térmica el grado de alineamiento no es completo sino que aumenta conforme aumenta el campo eléctrico aplicado o a medida que disminuya la temperatura. La alineación de los momentos dipolares eléctricos permanentes es la interacción, atracción, que observamos al introducir una molécula polar en un campo eléctrico. De electrodinámica sabemos que las propiedades magnéticas de un material se determinan por el momento dipolar magnético total de sus átomos, obtenido de la suma vectorial del momento dipolar magnético orbital y

del momento dipolar

magnético de espín (o intrínseco). En un átomo o molécula compleja que contenga

muchos electrones, las sumas necesarias para obtener el momento angular orbital ⃗ y el momento angular de espín

puede ser muy complicada. Sin embargo en muchos

casos los electrones se acoplan en pares de modo que el ⃗ y

totales son cero. Tal

es el caso por ejemplo del agua. Ahora sucede lo mismo que en el caso eléctrico cuando se introduce un momento dipolar magnético en un campo magnético, este se

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alinea. Y esta es la interacción, entre el momento dipolar magnético y el campo magnético, que se debe percibir. Pero en nuestro caso ninguna de nuestras sustancias introducidas en el campo magnético presentaban un momento dipolar magnético total diferente de cero y por ende no se daba esta interacción. Algunos materiales con momento dipolar magnético total diferente de cero son: El cromo, Aluminio, Magnesio, Tungsteno y

.

En la sección de hipótesis en la tabla 1, se muestra que el momento dipolar del hexano es de aproximadamente 0 D, lo que implica que es una molécula no polar; pero en los resultados en la tabla 2 se muestra que presento atracción hacia la fuente de campo eléctrico, lo cual dice que es una molécula polar. Esta contradicción es debida a que el hexano, con el que se llevo acabo el experimento esta mezclado, o mejor dicho contaminado, con otras sustancias polares, como por ejemplo agua, y debido a esto su interacción con el campo eléctrico se lleva acabo como si el hexano fuese una molécula polar.

CONCLUSIÓN El objetivo planteado en esta práctica fue alcanzado debido a que se comprobó la polaridad (o no polaridad) del agua y los disolventes orgánicos, ya mencionados. Además se comprendió el porque la polaridad de las sustancias se observa de la interacción de estas con un campo eléctrico y no con un campo magnético.

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www.wikipedia.com

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