¿Por qué el dióxido de carbono es apolar?

Question

Entiendo que la polaridad corresponde a una diferencia de electronegatividad y que cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad, más polar será el enlace.

Sin embargo, he leído que el dióxido de carbono es no polar. Esto no tiene sentido para mí.

En compuestos carbonilos, el carbono carbonilo es parcialmente positivo y, por lo tanto, los carbonilos son polares. $\ce{CO2}$ es simplemente dos unidades de este tipo unidas, entonces, ¿no sería que tendrías un carbono aún más positivo y dos oxígenos parcialmente negativos causando que $\ce{CO2}$ sea en general polar?

Además, $\ce{CO2}$ se disuelve en una mayor medida en agua en comparación con $\ce{O2}$, a pesar de que se supone que ambas moléculas son no polares.

Answer 1

entonces, ¿no sería que tendrías un carbono aún más positivo y 2 oxígenos parcialmente negativos?

Sí, tu análisis es correcto hasta este punto. Un químico diría que los enlaces en $\ce{CO2}$ son polares (o polarizados) y por lo tanto cada enlace $\ce{C=O}$ tiene un momento dipolar de enlace. Sin embargo, la molécula en sí es lineal y los dos momentos dipolares de enlace están orientados 180 grados entre sí y se cancelan mutuamente, por lo que en general la molécula no tiene un momento dipolar y es no polar.

EDITAR: Hay un par de razones por las cuales $\ce{CO2}$ es más soluble en agua que $\ce{O2}$. Debido a que los dos enlaces $\ce{C=O}$ en $\ce{CO2}$ están polarizados (mientras que en $\ce{O2}$ el enlace no está polarizado), es más fácil para la molécula de agua polar solvatarse y formar enlaces de hidrógeno. Ambos factores estabilizarán una molécula de $\ce{CO2}$ más que una de $\ce{O2}$ en agua; la estabilización se traduce en una mayor solubilidad. Otro factor que aumenta la solubilidad de $\ce{CO2}$ en agua es el hecho de que $\ce{CO2}$ reacciona con agua para establecer un equilibrio con ácido carbónico. $$\ce{CO2(aq) + H2O <=> H2CO3(aq)}$$ Esta reacción también aumentará la solubilidad de $\ce{CO2}$ en agua en comparación con el oxígeno, que no reacciona con el agua.

Answer 2

Al entender la polaridad molecular, es necesario tener en cuenta toda la estructura.

Tu razonamiento es correcto en lo que respecta a las partes de la molécula. Los enlaces individuales son polares.

Pero, una molécula solo puede ser polar si tiene un momento dipolar neto (es decir, las cargas no se equilibran en dirección en toda la molécula). Así que CO es polar ya que la polaridad del enlace carbono-oxígeno está desbalanceada y la distribución de carga parcial en el enlace afecta a toda la molécula (dándole a la molécula entera un momento dipolar). Pero CO₂ es una molécula lineal y los momentos dipolares parciales de los dos enlaces van en direcciones exactamente opuestas. Por lo tanto, se equilibran dando una molécula que es no polar.

Si CO₂ no fuera lineal (como SO₂ que es doblado) sería una molécula polar.

Answer 3

La fórmula para el momento dipolar neto $\vec{\mu_{net}}$ de un sistema globalmente neutral de $n$ partículas cargadas puntuales se da por:

$$ \vec{\mu_{net}} = \sum\limits_{i}^{n} q_i\vec{r_i} $$

donde $q_i$ es la carga de la $i$-ésima partícula puntual y $\vec{r_i}$ es el vector de posición para dicha partícula; cada momento dipolar individual apunta de una carga negativa a una carga positiva. El dióxido de carbono es una molécula lineal y simétrica, lo que significa que en el estado fundamental los enlaces entre cada átomo de oxígeno respectivo y el átomo de carbono tienen las mismas longitudes, y cada átomo de oxígeno lleva una carga negativa (parcial) idéntica. Todo esto significa en última instancia que los dos momentos dipolares individuales entre el carbono y los oxígenos uno y dos, respectivamente, se oponen perfectamente entre sí geométricamente y tienen la misma magnitud, es decir, $q\vec{r_1} = -q\vec{r_2}$, por lo tanto, la suma vectorial $q\vec{r_1} + q\vec{r_2} = \mathbf{0}$.

Answer 4

Es como si estuvieran en una especie de tira y afloja, y ambas partes tuvieran la misma fuerza; no llegan a ninguna parte. Dado que el oxígeno es más electronegativo que el carbono, tiene una carga parcial negativa y el carbono tiene una carga parcial positiva (dos veces la del oxígeno ya que hay 2 oxígenos).

Answer 5

Los momentos dipolares lo determinan. La polaridad es determinada por la carga, la electronegatividad y la geometría.