Metan är den enklaste kolföreningen som förekommer naturligt i avfall. Ämnet är brännbart men giftfritt vid inandning, även om det kan minska syretillförseln och därmed orsaka kvävning. Med den kemiska formeln CH4 är metan en symmetrisk molekyl som består av en kolatom och fyra väteatomer. När metan används som bränsle reagerar det med syre och bildar en koldioxidmolekyl samt två vattenmolekyler.
Molekylen har en tetraedrisk form, och för att förstå dess polaritet behöver man känna till begreppen kemisk bindning, polaritet och dipolmoment. Nedan går vi igenom dessa steg för steg.
Bindningar sammanfogar två atomer och skapar en molekyl. De huvudsakliga bindningstyperna – utöver metallbindningar och vätebindningar – är jonbindningar och kovalenta bindningar. Jonbindningar uppstår när en elektron överförs från en atom, vilket skapar positivt och negativt laddade joner. Kovalenta bindningar innebär i stället att atomerna delar elektroner med varandra.
Det är den kovalenta bindningen som finns i metan, och det är också denna typ av bindning som ligger bakom bildandet av både polära och opolära molekyler.
Polaritet handlar om hur de delade elektronerna fördelas inom en kovalent bindning. Vissa atomer i periodiska systemet är mer elektronegativa än andra. Fluor är den mest elektronegativa atomen av alla, och elektronegativiteten avtar ju längre åt vänster eller nedåt man rör sig i periodiska systemet.
Elektronegativiteten spelar en avgörande roll för polariteten: ju starkare en atoms elektronegativitet är, desto mer drar den elektronerna mot sitt eget centrum. I metanets fall är kolet något mer elektronegativt än vätet, vilket innebär att elektronerna dras något närmare kolatomen än väteatomerna.
En molekyls dipolmoment är ett sätt att mäta och bedöma polaritet. Dipolmomentet uppstår när en atom blir mer negativt laddad än den atom den är bunden till, eftersom den drar den gemensamma elektronen närmare sig själv. Detta gör dipolmomentet till en viktig del av molekylernas interaktioner med elektroner.
Dipolmomentet är endast aktivt när elektronen befinner sig närmast atomen, och det påverkar i sin tur molekylens form.
Den sista pusselbiten för att förstå metanets polaritet är dess geometri. Metan är tetraedriskt, vilket innebär att kolatomen sitter i mitten av molekylen medan de fyra väteatomerna är placerade så att bindningsvinklarna uppgår till cirka 109 grader.
Väteatomerna omger kolatomen jämnt fördelade så att avståndet mellan dem blir så stort som möjligt. Detta beror på att väteatomerna stöter bort varandra, vilket ger upphov till de karakteristiska bindningsvinklarna i molekylens geometri.
Alla dessa faktorer tillsammans bestämmer metanets polaritet. Även om bindningen mellan kol- och väteatomerna i sig är svagt polär, tar de fyra väteatomernas symmetriska placering runt kolatomen ut varandras dipolmoment.
Metan har därför ett dipolmoment på noll. Trots att de enskilda bindningarna är polära är molekylens totala polaritet alltså noll – vilket gör metan till ett opolärt ämne.
Hälsa och Sjukdom © https://www.sjukdom.online