¿Cuál es la razón exacta por la que compuestos como el dióxido de carbono no pueden interactuar con otros compuestos mediante interacciones dipolo-dipolo?

Question

Aunque entiendo que $\ce{CO2}$ tiene una estructura lineal, lo que resulta en una suma vectorial de los dipolos de 0, no entiendo por qué los dipolos formados en los dos átomos de oxígeno como resultado de su mayor electronegatividad no pueden interactuar con otras moléculas a través de fuerzas dipolo-dipolo. ¿Acaso los vectores iguales a 0 anulan de alguna manera los dipolos presentes?

Answer 1

Como han indicado las otras respuestas, el CO2 no tiene momento dipolar NETO. Sin embargo, tiene dos dipolos que apuntan en direcciones opuestas (como OP sigue mencionando). Esto significa que el CO2 puede interactuar a través de momentos superiores, como el momento cuadrupolar. El procedimiento matemático en el que se basa se conoce como expansión multipolar. Es importante tener en cuenta, sin embargo, que los multipolos de orden superior se hacen cada vez más débiles por un factor de 1/R aproximadamente, por lo que las interacciones cuadrupolares suelen ignorarse, por ejemplo.

Answer 2

El dióxido de carbono es más que lineal. Es simétrico, y el eje de simetría perpendicular a los enlaces también se aplica a cualquier momento dipolar que tenga. El único vector que se ve igual después de ser girado 180 grados es el vector nulo, por lo que la molécula tiene cero momento dipolar global.

Por lo tanto, las interacciones dipolo-dipolo no son posibles porque el dióxido de carbono no tiene dipolo.

Answer 3

Exactamente eso.

Las interacciones dipolo-dipolo se producen porque el extremo positivo de un dipolo es atraído por el extremo negativo de otro dipolo. Esta atracción macroscópica sólo puede producirse si el centro de carga positiva y el centro de carga negativa no coinciden.

En moléculas como el dióxido de carbono que contienen un centro de simetría, estos centros de carga do coinciden. Se superponen. Así, macroscópicamente, una molécula vecina no puede ver ningún centro cargado positiva o negativamente y, por tanto, no ve ninguna posibilidad de adherirse vía interacciones dipolares.

Answer 4

Considere la molécula de CO2 como una superposición de dos dipolos, uno por cada enlace C=O. Una molécula polar cercana sentirá una interacción dipolo-dipolo con cada enlace C=O, pero como esos dos dipolos son iguales y opuestos, esas dos interacciones casi cancelar. Puede que no se anulen por completo, ya que la interacción con el más cerca de los dos enlaces será más fuerte.

La interacción neta resultante será, por tanto, mucho más débil que la interacción con una molécula polar como el agua.

Obsérvese que una superposición de dos dipolos iguales y opuestos en lugares diferentes forma un cuadrupolo. Así, en lugar de elegir tratar la interacción de una molécula polar con CO2 como la interacción con dos dipolos iguales y opuestos, podemos tratarla como la interacción con un dipolo cero pero cuadrupolo distinto de cero. Como señala el usuario157879, las interacciones cuadrupolares son mucho más débiles que las dipolares.