Odpowiedź: Różnica polega na innej hybrydyzacji atomów centralnych tworzących te cząsteczki oraz obecności wolnych par elektronowych (na atomach tlenu i azotu), które zaburzają równomierny rozkład chmury elektronowej w cząsteczkach H₂O i NH₃. 

 

---

Wyjaśnienie:

Poniżej przedstawiono wzory elektronowe podanych cząsteczek:

Atom tlenu w cząsteczce wody oraz atom azotu w cząsteczce amoniaku posiadają hybrydyzację sp³ - ich podstawniki i wolne pary elektronowe ułożone są przestrzennie w kształt tetraedru. Z racji na niesymetryczność rozkładu ładunków w ich cząsteczkach są one niepolarne. 

Atomy berylu oraz boru nie posiadają wolnych par elektronowych. Znajdują się odpowiednio w hybrydyzacji sp oraz sp² - tworząc cząsteczkę liniową BeH₂ oraz płaską trójkątną BF₃. Ich podstawniki (atomy wodoru i fluoru) ułożone są symetrycznie przestrzennie względem atomu centralnego co powoduje że cząstkowe ładunki wynikające z polaryzacji odpowiednich wiązań znoszą się wzajemnie.

Poniżej przypominamy podstawowe informacje o momencie dipolowym, którego znajomość pozwala określić czy dana cząsteczka jest polarna czy nie:

W uproszczeniu moment dipolowy (μ) jest miarą stopnia polaryzacji cząsteczki, czyli nierównomiernego rozmieszczenia chmury elektronowej otaczającej jądra atomów, z których jest ona zbudowana. Oznacza to, że gdy μ ≠ 0 cząsteczkę da się podzielić na obszary, w których: w jednym występuje przewaga cząstkowego ładunku dodatniego (δ⁺), a w drugim - cząstkowego ujemnego (δ^-). 

Dla cząsteczek:

• polarnych μ ≠ 0,
• niepolarnych μ = 0 (lub bliski 0).

Przyczyną tego zjawiska są:

• różnice w elektroujemności (zdolności do przyciągania chmury elektronowej) atomów pierwiastków tworzących dane wiązania,
• obecność wolnych par elektronowych na atomach niektórych pierwiastków.

Moment dipolowy jest wektorem, więc ma kierunek i zwrot. Określa on wypadkową wynikającą z polaryzacji wszystkich obszarów cząsteczki. Powoduje to, że obecne w cząsteczkach wiązania spolaryzowane lub inne rodzaje nagromadzenia ładunku cząstkowego, znoszą się wzajemnie, jeżeli mają taką samą wielkość cząstkowego ładunku i są rozmieszczone symetrycznie przestrzennie względem środka cząsteczki. 

Cząsteczki homoatomowe (np. Cl₂, Br₂) z racji na brak polaryzacji wiązań oraz równomierne rozmieszczenie wolnych par elektronowych mają momenty dipolowe μ = 0. 

Cząsteczki heteroatomowe są niepolarne tylko jeżeli wszystkie występujące w nich wiązania spolaryzowane są takie same i znoszą się wzajemnie np.:

HBr - bardziej elektroujemny atom bromu powoduje polaryzacje wiązania "ściągając" chmurę elektronową bliżej siebie co powoduje nagromadzenie cząstkowego ładunku dodatniego na atomie wodoru oraz ujemnego na atomie bromu - μ ≠ 0:

CO₂ - Bardziej elektroujemne atomy tlenu powodują polaryzacje wiązań, która skutkuje nagromadzeniem cząstkowego ładunku ujemnego na atomach tlenu i dodatniego na atomie węgla. Wiązania C=O są symetrycznie rozmieszczone względem centrum tej cząsteczki więc nagromadzone na nich ładunki cząstkowe znoszą się wzajemnie - μ=0:

Należy pamiętać o tym, że cząsteczkę zawsze rozpatrujemy w trzech wymiarach - jeżeli wygląda ona na symetryczną na płaszczyźnie nie oznacza, że wszystkie jej wiązania spolaryzowane znoszą się wzajemnie.

H₂O - atom tlenu posiada dwa wiązania spolaryzowane oraz dwie wolne pary elektronowe. Na atomie tlenu gromadzi się cząstkowy ładunek ujemny, a na atomach wodoru cząstkowy ładunek dodatni. Z racji tego, że cząsteczka nie ma budowy liniowej cząstkowe ładunki wynikające z istnienia wiązań H-O nie znoszą się wzajemnie. Nic również nie równoważy cząstkowych ładunków ujemnych wynikających z obecności dwóch wolnych par elektronowych na atomie tlenu - μ ≠ 0:

CH₄ - cząstkowy ładunek ujemny zlokalizowany jest na bardziej elektroujemnym atomie węgla, natomiast na atomach wodoru gromadzą się cząstkowe ładunki dodatnie. Wiązania C-H rozłożone są w przestrzeni równomiernie wokół atomu centralnego przez co nagromadzone na nich ładunki cząstkowe znoszą się wzajemnie - μ=0: