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Confusión sobre la dirección de la flecha del dipolo en las hélices alfa y otras moléculas

Entiendo que dipolos moleculares son dipolos eléctricos. Y vectores del momento dipolar eléctrico punto de la carga negativa a la positiva.

En clase aprendimos a dibujar estas flechas especiales de dipolo molecular (con un "plus" al principio) que apuntan desde la carga parcial positiva a la negativa. También veo estas flechas por todo Internet, por ejemplo:

Pero en el caso de las hélices alfa, el momento dipolar apunta desde el extremo C al N. Y el detalle muestra siempre la flecha que apunta del oxígeno (negativo) al hidrógeno (positivo):

¿Debo aceptar que, aunque una hélice alfa es una molécula como el agua, la forma "estándar" de dibujar su flecha de dipolo molecular está en la dirección opuesta a la que la gente suele dibujar para el agua y otras moléculas pequeñas?

Editar : Otra imagen, de un publicación reciente ...pero sin la flecha del macrodipolo..:

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14voto

maccullt Puntos 1555

Me encontré (accidentalmente) con la siguiente afirmación en "Elementos de Química Física" de Atkins (p378) :

Representamos los momentos dipolares mediante una flecha de longitud proporcional a $\pmb{\mu}$ y apuntando de la carga negativa a la carga positiva ( 1 ). (Tenga cuidado con esta convención: por razones históricas se sigue utilizando ampliamente la convención contraria).

Por desgracia, no entra en más detalles. Y sé que esto no responde realmente a su pregunta.

El definición de la IUPAC es el mismo que el utilizado por Atkins:

momento dipolar eléctrico, $\mathbf{p}$
Cantidad vectorial cuyo producto vectorial con la intensidad del campo eléctrico, $\mathbf{E}$ de un campo homogéneo es igual al par. $\mathbf{T} = \mathbf{p} \times \mathbf{E}$ . La dirección del momento dipolar es de la carga negativa a la positiva.

La fuente citada allí es de 1993, por lo que probablemente puedan entender mi sorpresa, cuando busqué un poco más y encontré en C. Párkányi's "Theoretical Organic Chemistry" (1997, p239) :

[...] en química orgánica la dirección positiva del momento dipolar se define normalmente como la dirección desde el centro de la carga positiva hacia el centro de la carga negativa. Esta convención prevalece en la química orgánica física y en la química inorgánica. Sin embargo, mientras que el dipolo sigue apuntando desde la carga positiva hacia la carga negativa, en la química física y en la física química la dirección positiva del momento dipolar se define de forma opuesta, es decir, desde la carga negativa hacia la carga positiva.

También se dan algunas fuentes, pero actualmente no tengo suficiente tiempo para buscarlas. Me parece que esta afirmación (definición) es muy confusa y además no da otra razón de por qué es la dirección que utiliza. Por favor, perdóname por no entrar en más detalles aquí, realmente no quiero añadir más a la confusión.

Conclusión
No añadas más confusión. Utilice $$\huge\ominus \overset{\mathbf{p}}{\longrightarrow}\oplus$$ como su definición a partir de ahora. El uso popular no lo hace correcto. Ayude a utilizarla de forma coherente y correcta y elimine los restos históricos que aún se enseñan. Sin embargo, tenga en cuenta la advertencia de Atkins cuando lea libros, documentos, etc. En la literatura encontrarás ambas versiones.


Si alguien quiere discutir contigo sobre esto, da la siguiente derivación. El operador de momento dipolar $\mathbf{P}$ es un operador vectorial que es la suma de los vectores de posición $\mathbf{r}$ de todos $N$ partículas cargadas ponderadas con su carga $q$ . [ libro de oro ] $$\mathbf{P} = \sum_i^N q_i \mathbf{r}_i$$
Para una molécula ( neutral por definición ) encontramos $$\begin{align} 0& =\sum_i^N q_i &\Leftrightarrow&& 0&=\sum_{i_+}^{N_+}q_{i_+} + \sum_{i_-}^{N_-}q_{i_-} &\Leftrightarrow&& \sum_{i_+}^{N_+}q_{i_+} &= - \sum_{i_-}^{N_-}q_{i_-} &. \end{align}$$ Esto puede transformarse en $$\sum_{i_+}^{N_+}|q_{i_+}|\mathrm{e} = - \sum_{i_-}^{N_-}|q_{i_-}|(\mathrm{-e}).$$ Por lo tanto, podemos escribir $$\begin{align} \mathbf{P} &= \sum_{i_+}^{N_+} q_{i_+} \mathbf{r}_{i_+} + \sum_{i_-}^{N_-} q_{i_-} \mathbf{r}_{i_-} &\Leftrightarrow&& \mathbf{P} &= \mathrm{e}\left( \sum_{i_+}^{N_+} |q_{i_+}| \mathbf{r}_{i_+} - \sum_{i_-}^{N_-} |q_{i_-}| \mathbf{r}_{i_-} \right)&. \end{align}$$ En el paréntesis el primer término es una combinación lineal de vectores para todas las cargas positivas con el vector resultante $\mathbf{r}_+$ y el segundo término es una combinación lineal para todas las cargas negativas con el vector resultante $\mathbf{r}_-$ . El operador dipolar es, por tanto, equivalente a $$\begin{align} \mathbf{P} &= \mathrm{e}\left(\mathbf{r}_{i_+} - \mathbf{r}_{i_-}\right), \end{align}$$
que es una combinación lineal de vectores que apunta de negativo a positivo .

8voto

Moss Collum Puntos 1316

Tomemos un caso simple de una carga positiva $q_+$ y una carga negativa $q_-$ con $q_+ + q_- = 0$ colocados a lo largo del $x$ -eje en $x_+$ y $x_-$ respectivamente. El dipolo en el $x=0$ es $$\mu=q_+x_+ + q_-x_- $$ que se puede reescribir como $$\mu=q_+(x_+ -x_-) $$ que es un vector que apunta desde $x_-$ hacia $x_+$ . Así que esta es la dirección "natural" basada en la definición de un dipolo.

Sin embargo, los químicos se preocupan mucho por el "flujo" de electrones y la electronegatividad. Por eso, en el caso del agua, nos gusta utilizar el dipolo de enlace para representar el "flujo" de electrones del $\ce{H}$ a la $\ce{O}$ debido a la mayor electronegatividad de $\ce{O}$ . Por lo tanto, tendemos a invertir la dirección del vector del dipolo.

Por eso es importante definir siempre la dirección de la "flecha" del dipolo en los dibujos para que no haya confusión.

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