Osittaisvaraus δ on ykköstä pienempi luku, jota ei voi kertoa kakkosella

Kalsiumkloridi CaCl2 koostuu positiivisista Ca2+-ioneista ja negatiivisista Cl-ioneista. Plus- ja miinusmerkit kuvaavat alkeisvarauksen suuruisia varauksia, eli kunkin kalsiumatomin ajatellaan luovuttaneen yhdelle klooriatomille kokonaisen elektronin.

Vetykloridi HCl koostuu kahdesta epämetallista, joten siinä ei ole ioneja. Kloorin ympärillä on enemmän elektronitiheyttä kuin vedyn ympärillä, mutta vähemmän kuin alkeisvarauksen verran enemmän. Siten kloorilla sanotaan olevan negatiivinen osittaisvaraus.

Osittaisvarausta merkitään pienellä deltalla δ. Sen perään tulee plus- tai miinusmerkki, esimerkiksi vetykloridin kloorilla δ−. Etumerkkiä – tai oikeastaan tässä tapauksessa takamerkkiä – ei pidä sijoittaa yläindeksiin: samaan tapaan kuin kalsiumionin varaus ilmoitetaan kirjoittamalla kemiallisen merkin viereen 2+ voidaan vedyn osittaisvaraus vetykloridissa ilmaista kirjoittamalla δ+.

Deltan ideana on olla nollan ja ykkösen välillä oleva luku, jonka tarkkaa arvoa ei tunneta. Tätä perusajatusta suotta sotketaan monessa oppikirjassa kirjoittamalla deltan eteen lukuja. Esimerkiksi hiilidioksidissa, jonka rakenne on O=C=O, kummallakin hapella on negatiivinen osittaisvaraus δ−. Tällöin hiilen osittaisvaraus on symmetrian vuoksi kaksinkertainen eli 2δ+. Näin merkitsemällä oletetaan, että δ tarkoittaa nyt tiettyä lukua.

Todellisuudessa δ voi matematiikan perinteisten pelisääntöjen vastaisesti tarkoittaa yhtä aikaa eri lukuja. Matemaatikko menee suunniltaan jo siitä, että integrointirajoissa esiintyy sama kirjain kuin integroitavassa funktiossa, mutta kemisti ei häiriinny pienistä epämääräisyyksistä.

Jos siis tehtävänä on merkitä muurahaishapon kaavaan atomien osittaisvaraukset, vastaus on vasemman piirroksen mukainen, vaikka happiatomeilla on varmasti eri suuret osittaisvaraukset, samoin vetyatomeilla. Osittaisvaraus δ+ on siis oikeastaan symboli niin kuin sääkartan aurinko: auringonkaan eteen ei merkitä kakkosta, vaikka se etelässä paistaisi kaksi kertaa kuumemmin kuin pohjoisessa. Pääasia että paistaa.

Muurahaishapon rakennekaavoja. Toiseen on merkitty osittaisvaraukset deltalla ja toiseen lukuina (HCOOH-järjestyksessä +0,122; +0,416; −0,432; −0,537; +0,431).
Muurahais- eli metaanihapon osittaisvaraukset. Kemiassa varaukset ilmoitetaan tavallisesti suhteellisina; oikeita yksiköllisiä varauksia niistä tulee, jos ne kerrotaan alkeisvarauksella e.

Oikeanpuoleisessa piirroksessa on eräällä mallinnuksella saadut osittaisvaraukset. Varauksia voidaan laskea kymmenillä menetelmillä, ja tulokset ovat lähinnä suuntaa antavia.

Osittaisvarauksen merkkiäkään ei pysty aina varmasti määrittämään. Jos muurahaishappomolekyylistä lähtee vetyioni, siitä tulee formiaatti-ioni HCO2. Tällöin osittaisvaraukset ovat erään toisen mallinnuksen mukaan kummallakin hapella noin −0,67, hiilellä +0,41 ja vedyllä −0,07. Luvut ovat negatiivisempia kuin muurahaishapolla, sillä osittaisvarausten summasta pitää tulla formiaatti-ionin kokonaisvaraus: 2 ⋅ (−0,67) + 0,41 + (−0,07) = −1,00.

Vedyn negatiivista osittaisvarausta olisi mahdotonta päätellä pelkän elektronegatiivisuustaulukon avulla. Kysymys ei näet ole vain vedyn ja hiilen välisestä sidoksesta, vaan happiatomit vetävät elektronitiheyttä puoleensa koko ionin alueelta. Muilla laskutavoilla varauksesta voi tulla positiivinenkin. Jos siis toisiinsa sitoutuneiden atomien elektronegatiivisuudet ovat samaa suuruusluokkaa niin kuin hiilellä ja vedyllä, osittaisvarausdeltojen arvioiminen voi olla pikemminkin arvailemista.

Kommentoi tai kysy aiheesta

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s