Dipol – Definition, Chemie, Beispiele

Ein Dipol ist gekennzeichnet durch das Vorhandensein von zwei entgegengesetzten Polen. Ein gängiges Beispiel hierfür sind magnetische Dipole. So haben Stabmagneten immer zwei entgegengesetzte Pole, die als Nord- und Südpol bezeichnet werden.

In der Chemie bezeichnet ein Dipol üblicherweise zwei entgegengesetzte elektrische Ladungen. Diese können in ungeladenen Molekülen als Partialladungen durch eine unsymmetrische Ladungsverteilung auftreten. Man spricht dann von einem elektrischen Dipol.

Ein Dipol resultiert aus einer unsymmetrischen Ladungsverteilung innerhalb eines Moleküls. Dies bedeutet, dass an manchen Atomen innerhalb des Moleküls eine größere Elektronendichte zu finden ist als an anderen. Eine solche unsymmetrische Ladungsverteilung zwischen verschiedenen Atomen resultiert aus ihren Elektronegativitätsdifferenzen. 

Die Elektronegativität beschreibt die Fähigkeit von Atomen, Elektronen an sich zu ziehen. So bedeutet eine hohe Elektronegativität, dass ein Atom stark anziehende Kräfte auf Elektronen ausüben kann. Hierzu gehören Elemente wie Fluor, Sauerstoff oder Chlor. Eine eher geringe Elektronegativität findet sich zum Beispiel bei den Alkalimetallen, Erdalkalimetallen oder auch Wasserstoff. 

Entlang einer kovalenten Bindung kann nun je nach Elektronegativität der Bindungspartner die Elektronendichte mehr zu einem Bindungspartner hin verschoben werden. Die Bindung ist somit polarisiert. 

Ob folglich auch das gesamte Molekül ein Dipol ist, hängt von der Geometrie und der Symmetrie des Moleküls ab. Wenn die entstandenen Dipole an den einzelnen kovalenten Bindungen sich nicht durch die Symmetrie des Moleküls gegenseitig aufheben, dann ist das gesamte Molekül ein Dipol.

Ein gängiges Beispiel für Dipolmoleküle ist Wasser. Es setzt sich zusammen aus dem elektronegativeren Sauerstoffatom und zwei weniger elektronegativen Wasserstoffatomen. Durch die Elektronegativitätsdifferenz zwischen Sauerstoff und Wasserstoff ist für beide Bindungen, die vom Sauerstoffatom ausgehen, die Elektronendichte zum Sauerstoff hin verschoben. Dadurch ist das Sauerstoffatom negativ polarisiert und wird mit der Partialladung δ^– bezeichnet. Dementsprechend sind die beiden Wasserstoffmoleküle jeweils positiv polarisiert und werden mit der Partialladung δ⁺ bezeichnet. 

Die einzelnen OH-Bindungen haben somit jeweils ein Dipolmoment. Um nun zu entscheiden, ob das gesamte Wassermolekül ein Dipol ist, muss die räumliche Struktur und damit das Gesamtdipolmoment des Wassers beachtet werden. Die Strukturformel von Wasser ist in der folgenden Abbildung gezeigt.

Wasser hat eine gewinkelte Struktur. Hierdurch sind sich die Dipolmomente der einzelnen OH-Bindungen nicht direkt entgegengesetzt und es resultiert ein Gesamtdipolmoment, das größer als null ist. Somit ist Wasser ein Dipol.

Wie auch das Wassermolekül besteht das Kohlenstoffdioxidmolekül aus zwei verschiedenen Atomsorten, die eine Elektronegativitätsdifferenz aufweisen. Diese ist groß genug, um die Elektronendichte der kovalenten Bindungen zum elektronegativeren Sauerstoff zu verschieben. Beide Bindungen zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff sind somit polar und bilden einzeln betrachtet Dipole. Die elektronegativeren Sauerstoffatome werden mit einer negativen Partialladung δ^– beschrieben, während das weniger elektronegative Kohlenstoffatom eine positive Partialladung δ⁺ zugewiesen bekommt. Um nun das Gesamtdipolmoment zu beurteilen, muss wie beim Wassermolekül auf die Struktur des gesamten Moleküls geachtet werden. In der folgenden Abbildung ist das Kohlenstoffdioxidmolekül abgebildet.

Das Kohlenstoffdioxidmolekül hat einen linearen Aufbau. Die äquivalenten Dipolmomente der beiden CO-Bindungen sind sich genau entgegengerichtet. Damit heben sie sich gegenseitig genau auf. Damit ist CO₂ kein Dipol, sondern ein unpolares Molekül.

Der Dipol des Wassermoleküls ist ein sogenannter permanenter Dipol. Er entsteht allein durch den Aufbau eines Moleküls. Der Dipol eines Moleküls muss aber keineswegs permanent sein. Es gibt auch temporäre Dipole oder induzierte Dipole. Moleküle, deren permanentes Dipolmoment null ist, können durch eine zeitweise unsymmetrische Elektronenverteilung ebenfalls zu Dipolen werden. Sie besitzen dann ein temporäres Dipolmoment. Das Dipolmoment ist hier allerdings deutlich schwächer als bei permanenten Dipolen. Durch die Polarität eines Moleküls kann außerdem auch in einem weiteren Molekül durch zeitweise Veränderung der Elektronenverteilung im Molekül ein Dipolmoment induziert werden. Die Stärke des induzierten Dipols hängt dabei von der Polarisierbarkeit des Moleküls ab.

Dipole können miteinander in Wechselwirkung treten. Dies wird als Dipol-Dipol-Wechselwirkung oder als Dipol-Dipol-Bindung bezeichnet. Hierbei tritt der negative Pol eines Moleküls mit dem positiven Pol eines zweiten Moleküls in elektrostatische Wechselwirkung. Solche Dipol-Dipol-Kräfte gehören gemeinsam mit den Van-der-Waals-Wechselwirkungen zu den schwachen Bindungen. 

Die Dipoleigenschaften des Wassers verleihen diesem Stoff besondere Eigenschaften und ermöglichen die Ausbildung von Wasserstoffbrücken. Dipol-Dipol-Kräfte sind außerdem wichtig für viele biochemische Prozesse und damit essenziell für die Entstehung und Aufrechterhaltung des Lebens.