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Dieser Merksatz kommt dir vielleicht bekannt vor. Nun stellt sich die Frage, woher sich bestimmen lässt, ob ein Molekül polar ist oder nicht.
Die Polarität beschreibt dabei die Eigenschaft eines kovalent-gebundenen Moleküls, Ladungsschwerpunkte zu entwickeln. Die Ursache dafür ist die Elektronegativität.
Die Einteilung der Polarität
Die Polarität wird mithilfe der Elektronegativität bestimmt. Dafür gelten folgende Regeln für die Differenz:
- δEN = 0,0: unpolare Bindung
- δEN < 0,4: schwach polare Bindung
- δEN < 1,7: stark polare Bindung
- δEN > 1,7: Ionenbindung
Mithilfe von polaren Bindungen wird folglich der Übergang zu einer Ionenbindung markiert. Laut diesem Prinzip ist es jedoch unmöglich, dass Bindungen unpolar sind, wenn sie nicht aus den gleichen Ionen bestehen. Im nächsten Abschnitt lernst du jedoch, dass es da besondere Ausnahmen gibt.
Polarität bestimmen bei Molekülen
Die zuvor dargestellten Regeln lassen sich leicht für die simplen Moleküle darstellen. Vor allem Moleküle, die nur aus zwei Atomen bestehen, lassen sich damit ausreichend klassifizieren. Andere Moleküle wie 
und 
müssen genauer betrachtet werden. Obwohl beide aus insgesamt drei Atomen und zwei Atomsorten bestehen, ist Wasser polar, während Kohlenstoffdioxid unpolar ist.
Die Abbildung zeigt dir nun, wie die einzelnen Atome aufgrund der Elektronegativität geladen sind. Wie du siehst, hat Sauerstoff eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff und als Kohlenstoff und ist daher in beiden Fällen leicht negativ geladen (δ-). Wasserstoff und Kohlenstoff hingegen sind in diesem Fall dann leicht positiv geladen (δ+). Warum ist nun Wasser polar, Kohlenstoffdioxid aber nicht?
Die Polarität verdeutlicht mit den Elektronenbewegungen
Die Ursache liegt hauptsächlich in der Ausrichtung der Moleküle und dem Winkel, der zwischen den Atomen jeweils liegt. Wie du bei Wasser siehst, sind die Atome jeweils 104,45° voneinander entfernt. Stell dir nun die Kraft hinter der Elektronegativität als Bewegung vor.
In dieser Abbildung zeigen die Pfeile einmal die Bewegung, wie du sie dir vorstellen kannst. Die resultierende Bewegung daraus wäre gerade nach oben gerichtet. Solange eine solche Bewegung existiert, ist das Molekül polar.
Ganz anders sieht der Fall nun für Kohlenstoffdioxid aus. Zwar entsteht aufgrund der Unterschiede in der Elektronegativität auch eine Bewegung, diese liegen sich allerdings genau gegenüber und sind gleichstark. Die resultierende Bewegung wäre in diesem Fall 0. Daher ist das Molekül unpolar.
Polarität erklärt anhand des Dipolmoments
Eine zweite Möglichkeit der Bestimmung beschreibt das Dipolmoment.
Man bezeichnet Moleküle als polar, wenn sie ein dauerhaftes Dipolmoment besitzen. Das bedeutet, dass sich die einzelnen Ladungsverteilungen ständig räumlich unterscheiden lassen.
Die Definition weist eine sehr wichtige Eigenschaft auf. Polare Moleküle erkennst du immer an ihrem Dipolmoment. In Abbildung 1 sind die räumlichen Ladungsverteilung ebenfalls eingezeichnet. Du siehst dort, dass bei Wasser klar zwei Ladungen erkennbar sind. Bei Kohlenstoffdioxid hingegen sitzt die positive Ladung in der Mitte und kann so nicht sichtbar räumlich abgegrenzt werden.
Die Abbildung 3 zeigt dir verschiedene polare Moleküle, bei denen jeweils durch entsprechende Notierung das Dipolmoment gekennzeichnet ist. So wird das erste Molekül oben links polar aufgrund seiner Bindung zwischen Kohlenstoff und Chlor (C-Cl-Bindung).
Die Angaben darunter beschreiben die Stärke des Dipolmoments µ. Dieses lässt sich berechnen mit folgender Gleichung:
Das Dipolmoment ist entsprechend das Produkt aus der Ladung (q) und dem Abstand (d) der Atomkerne. Die Einheit wird angegeben in Debye. Ein Debye entspricht 
. Die Einheit wird angegeben in Coulomb mal Meter. Je höher das Dipolmoment ist, desto stärker polarisiert ist ein Molekül.
Eigenschaften der Polarität
Die Polarität eines Moleküls hat verschiedene Auswirkungen auf die Reaktivität und Löslichkeit eines Stoffes. Wie das Zitat bereits zu Beginn sagte, sind polare Moleküle nur in anderen polaren Molekülen löslich. Dadurch entsteht auch die Unterscheidung zwischen hydrophilen bzw. lipophoben Molekülen und den hydrophoben bzw. lipophilen Molekülen. Fette sind entsprechend unpolar und lösen sich nicht in Wasser.
Polare Moleküle
Grundsätzlich kannst du davon ausgehen, dass alle Moleküle, die nicht aus Atomen der gleichen Art bestehen, immer mal wieder einen Dipol besitzen. Die Unterscheidung wird daher aufgrund der Beständigkeit des Dipols gemacht.
Weiterhin sind polare Moleküle hydrophil bzw. lipophob. Sie lassen sich in einem elektrischen Feld ausrichten, weshalb polare Moleküle auch leicht nachweisbar sind. Die Ausrichtung der Moleküle erfolgt aufgrund der Ladungsverteilung.
Ein weiterer Effekt der polaren Moleküle ist die gegenseitige Zusammenlagerung (Dipol-Dipol-Wechselwirkungen). Wasser ist das wichtigste polare Molekül, da es aufgrund dieser Eigenschaft in der Lage ist, Hydrathüllen zu bilden, die in Wasser gelöste Ionen vor weiteren Reaktionen schützt.
In Neuronen müssen die zu transportierenden Ionen eine Hydrathülle bilden, um die Ionenkanäle passieren zu können. So wird Natrium keinen Kanal passieren können, ohne eine Hydrathülle. Diese Eigenschaft des Wassers ist folglich auch dafür wichtig, dass Aktionspotentiale weitergeleitet werden können.
Zu den bekannten polaren Molekülen gehören:
- Wasser
- Salze
- Zucker
- Glas
Unpolare Moleküle
Unpolare Moleküle sind meist Elemente in ihrer Reinform, zum Beispiel Cl2, H2 und O2. Allerdings hast du auch gesehen, dass Moleküle wie Kohlenstoffdioxid unpolar sein können, da sie keine eindeutige räumliche Trennung der Ladung besitzen. Zu diesen Stoffen gehören auch Fette (Lipide), weshalb man unpolare Moleküle häufig auch als lipophil oder hydrophob bezeichnet.
Über diese Gruppe an Molekülen kann jedoch keine allgemeinen Aussagen getroffen werden. Viele davon sind Lipiden ähnlich, die ebenfalls hauptsächlich anhand ihres Lösungsverhaltens definiert werden können.
Zu den bekanntesten unpolaren Molekülen gehören:
- Benzin
- Tetrachlormethan
- Wachs
- Fett
- Alkane
- Alkene
- Alkine
Polarität – Ionische Verbindungen
Ionische Verbindungen sind eine Sonderform der polaren Bindung, da ihre Ladungen vollständig getrennt worden sind. Dennoch sind Verbindungen dieser Art in jedem Fall sehr stark polar. Es ist nicht nur ein Dipol erkennbar. Die räumliche Trennung der Elektronen hat tatsächlich stattgefunden. Genauso kann anhand der Elektronegativität eine "Bewegung" deutlich gemacht werden.
Ein perfektes Beispiel dafür ist Natriumchlorid (NaCl). Die Abbildung zeigt dir noch einmal den Unterschied zu einer polar kovalenten Bindungen.
Dennoch kann nicht behauptet werden, dass Natriumchlorid durch die vollständige Trennung unpolar ist. Wie du sicherlich weißt, handelt es sich bei Natriumchlorid um ein Salz. Dieses löst sich sehr gut in Wasser auf. Schließlich verwendet man Kochsalz beim Kochen in heißem Wasser.
Du hast gelernt, dass Polares sich nur in Polarem löst. Daher muss es sich bei Natriumchlorid auch um ein polares Molekül handeln.
Polarität – Das Wichtigste
- Die Polarität beschreibt die Fähigkeit eines Moleküls, Ladungsschwerpunkte zu entwickeln.
- Man unterscheidet dabei anhand der Differenz der Elektronegativität in unpolar, schwach polar, stark polar und Ionenbindungen.
- Polare Bindungen lassen sich deutlich machen, indem man die Elektronenbewegung verfolgt.
- Das Dipolmoment bezeichnet die räumliche Trennung der Ladung. Diese Eigenschaft ist charakteristisch für polare Moleküle.
- Die Polarität bestimmt die Reaktivität und das Löslichkeitsverhalten eines Moleküls.
- Polare Moleküle sind in der Lage, sich in einem elektrischen Feld auszurichten. Sie bilden zudem Hydrathüllen.
- Unpolare Moleküle lassen sich nur aufgrund ihres Löslichkeitsverhaltens zusammenfassen. Dazu zählen vor allem auch Fette.
- Ionenbindungen sind eine Sonderform der polaren Bindung, da die Ladung tatsächlich räumlich getrennt ist. Sie sind aber noch immer polar, was die Lösung von Salzen in Wasser zeigt.
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Häufig gestellte Fragen zum Thema Polarität
Wie findet man die Polarität heraus?
Die Polarität lässt sich in der Realität durch ein elektrisches Feld erkennen, da sich die polaren Moleküle darin ausrichten.
Anhand der Formel erkennt man sie, wenn man die Elektronegativität betrachtet und herausfindet, ob Dipolmomente entstehen.
Wann ist etwas polar oder unpolar?
Ein Moleküle ist polar, sobald es ein Dipolmoment entwickelt. Die Ladungen sind entsprechend räumlich getrennt. Bei unpolaren Molekülen ist dies nicht der Fall. Dabei spielt der Bindungswinkel eine große Rolle.
Warum ist die Polarität wichtig?
Die Polarität bestimmt vor allem das Reaktionsverhalten sowie die Löslichkeit. Polares ist nur in Polarem löslich, Unpolares löst sich nun in Unpolarem.
Was ist polar?
Ein Molekül wird als polar bezeichnet, wenn die Ladung des Moleküls eine räumliche Trennung aufweist. Dabei müssen sich konkret genau zwei Seiten ergeben: eine positive und eine negative Seite. Ursache dafür ist die unterschiedliche Elektronegativität der Atome.
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