4 Polarita vazeb a molekul

---

 

17 

4  Polarita vazeb a molekul 

 

Polarita vazeb 

Podmínkou  vzniku  chemické  vazby  je  efektivní  překrytí  atomových  valenčních  orbitalů  a  vznik  va-

zebného  elektronového  páru.  Sdílení  společného  elektronového  páru  dvěma  atomy  může  být  zcela 

rovnoměrné pouze ve vazbě mezi stejnými atomy (např. v molekule O

2

, Cl

2

), pak je kovalentní vazba 

nepolární. V jiných případech, zvláště u vazby dvou různých atomů (C=O, H-O) je sdílení nerovno-

měrné. V důsledku nerovnoměrného rozdělení elektronové hustoty vazebných elektronů získává jeden 

z atomů částečný záporný náboj 

-

, druhý atom stejně velký částečný náboj kladný 

+

 a vazba se ozna-

čuje jako polární kovalentní vazba. Měřítkem polarizace vazby je dipólový moment vazby. Mají-li 

atomy ve vzdálenosti l parciální náboje +q a -q, je dipólový moment definován jako součin   = q · l. 

Základní jednotka je coulombmetr (C.m), ale používá se menší jednotka debye [čti dibaj], 1 D = 3,34 · 

10

-30

 C.m. Dipólový moment je veličina vektorová, má směr od kladného náboje k zápornému. Určení 

velikosti parciálních nábojů, zejména u vazeb ve složitějších molekulách, je nesnadné. Afinita atomů 

k vazebným elektronům se proto obvykle vyjadřuje veličinou zvanou elektronegativita prvku. Elek-

tronegativity některých prvků jsou uvedeny v tabulce. 

 

H 

Li 

Na 

K 

2,2 

1,0 

0,9 

0,8 

Be 

Mg 

Ca 

1,6 

1,2 

1,0 

C 

Si 

 

 

2,5 

1,8 

N 

P 

 

 

3,1 

2,1 

O 

S 

Se 

3,5 

2,4 

2,4 

F 

Cl 

Br 

I 

4,0 

3,0 

2,8 

2,5 

 

Konvenčně se za nepolární kovalentní vazbu považuje vazba s rozdílem elektronegativit prvků men-

ším než 0,4. U polárních kovalentních vazeb je rozdíl elektronegativit do 1,7. Při větším rozdílu pře-

važuje iontový charakter vazby (viz I. díl). Je však nutné si uvědomit, že ve složitějších molekulách 

může být rozložení hustoty vazebných elektronů v jednotlivých kovalentních vazbách výrazně ovliv-

něno indukčními nebo mezomerními efekty vyvolanými jinými částmi molekuly. 

 

Polarita molekul 

Polarita molekul je podmíněna přítomností polárních vazeb. Dipólový moment molekuly je dán vek-

torovým  součtem  dipólových  momentů  všech  vazeb  v molekule,  závisí  tedy  na  geometrii  (prostoro-

vém uspořádání, symetrii) vazeb v molekule. Některé sloučeniny, i když obsahují silně polární vazby, 

mají  nulový  dipólový  moment,  protože  se  jednotlivé  vazebné  momenty  vyruší  v  důsledku  symetrie. 

Např.  středově  symetrický  tetrachlormethan  CCl

4

  nebo  lineární  oxid  uhličitý  CO

2

  jsou  molekuly  s 

nulovým dipólovým momentem a tedy nepolární. Názorné je také srovnání cis- a trans-dichlorethenu. 

C

Cl

Cl

Cl

Cl

C

O

O

C

C

Cl

H

H

Cl

C

C

H

Cl

H

Cl

 = 0

 = 0

 > 0

 = 0

---

 

18 

Z  organických  sloučenin  jsou  vysloveně  nepolární  všechny  uhlovodíky,  zvláště  nasycené  (alkany). 

Pokud se v molekule jiných sloučenin nacházejí objemnější uhlovodíkové zbytky (delší alkyly nevět-

vené nebo  s rozvětveným  řetězcem,  cykloalkyly, aryly),  převažuje jejich  vliv a  molekula jako celek 

bývá málo polární (hydrofobní, lipofilní). Nositelem polarity jsou typická seskupení obsahující atom 

nebo atomy prvků s vyšší hodnotou elektronegativity, tzv. funkční skupiny - alkoholový nebo fenolo-

vý hydroxyl, karbonyl, karboxyl, -SH skupina, aminoskupina, nitroskupina aj. Molekuly, které je ob-

sahují,  jeví  permanentní  dipólový  moment.  Nejvyšší  polaritu  vykazují  ionizované  formy  organic-

kých kyselin a bází. Podle vzrůstající polarity lze z organických sloučenin sestavit přibližnou řadu:  

 

Uhlovodíky - halogenderiváty uhlovodíků - ethery – terc. aminy - nitrosloučeniny - estery karboxylových              

kyselin - ketony a aldehydy - primární aminy - amidy - alkoholy a fenoly - karboxylové kyseliny -               

sulfonové kyseliny a tetraalkylamoniové sloučeniny  

 

Záleží ovšem na velikosti (objemu) uhlovodíkového řetězce daného typu sloučeniny, v uvedené řadě 

se skupiny ve značném rozsahu překrývají; pořadí platí přibližně pro sloučeniny se stejným objemem 

nepolárního uhlovodíkového řetězce (tj. se stejným počtem atomů uhlíku v molekule). 

 

Indukční efekt. Posun vazebných   elektronů v polární vazbě ovlivňuje také vazby sousední. Větší elektronová hustota v 

okolí elektronegativnějšího atomu (

-

) vyvolá mírný posun elektronů i v dalších   vazbách v molekule. Tento posun   elek-

tronů v kovalentních vazbách se nazývá indukční efekt. Se zvětšováním vzdálenosti od polární vazby se indukční efekt zesla-

buje. Podle směru posunu elektronů rozlišujeme dva typy indukčního efektu. Atomy a skupiny, které vyvolávají posun elek-

tronů směrem k sobě s větší silou než uhlík ve vazbě C-H, jsou elektronakceptorní a způsobují záporný indukční efekt (-I). 

Jsou to např. halogeny, nitroskupina, kyanoskupina nebo kladně nabité skupiny jako trialkylamonium -NR

3

+

. Skupiny, které 

odpuzují   vazebné elektrony od sebe jsou elektrondonorní a vyvolávají kladný indukční efekt (+I), např. alkyly, rozvětve-

né alkyly a anionty O

-

,

 

S

-

. Vliv indukčního efektu je nejlépe patrný na disociačních konstantách kyselin a bází. Např. trichlo-

roctová kyselina je vlivem tří  elektronegativních atomů chloru podstatně  kyselejší než octová kyselina  (-I efekt). Podobně 

vidíme vliv +I efektu alkylových skupin na bazicitu aminů. Methylamin je vlivem +I efektu methylové skupiny bazičtější než 

amoniak. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mezomerní efekt. Mezomerní efekt (M) je určitá analogie indukčního efektu a nastává tam, kde je k systému  -vazeb připo-

jena skupina s volným elektronovým párem nebo elektronovou mezerou. Volný elektronový pár se zapojuje do konjugace s 

-vazbami a  dochází  k posunu  -elektronů. Výsledkem je nerovnoměrné  rozdělení  -elektronové  hustoty. Jestliže skupina 

poskytuje část elektronové hustoty do  -systému, jde o kladný mezomerní efekt (+M), při odčerpávání  -elektronů směrem 

k sobě se jedná o záporný mezomerní efekt (-M). Typickým příkladem je substituovaný benzenový kruh. Mezomerní efekt 

umožňuje  pochopit  vliv  přítomného  substituentu  na  další  substituci  aromatického  jádra.  Např.  aminoskupina  se  svým  +M 

efektem je ortho- a para-dirigující, zatímco kyanoskupina (-M) určuje substituci do meta-polohy. 

 

NH

2

+ M efekt

C N

- M efekt

C

H

H

H

C

O

O

H

C

Cl

Cl

Cl

C

O

O

H

N

H

H

H

N

H

H

3

C

H

     octová kys.                           trichloroctová kys.                   amoniak                    methylamin 

     pK

A

 = 4,76                                pK

A

 = 0,51                         pK

B

 = 4,75                   pK

A

 = 3,37