ل حظة ثنائي القطب هو خاصية كيميائية الذي يشير إلى بتباين رسوم الكهرباء وتوزيعها في الجزيء. يتم التعبير عنها بوحدات ديباي ، 3.33 10-30 س م ، وتتراوح قيمها بشكل عام من 0 إلى 11 د.
تميل المركبات القطبية العالية إلى أن يكون لها لحظات ثنائية القطب كبيرة ؛ بينما القطبية ، لحظات ثنائية القطب صغيرة. وكلما زاد استقطاب الشحنات الكهربائية في الجزيء ، زادت عزمه ثنائي القطب ؛ أي يجب أن تكون هناك منطقة غنية بالإلكترونات ، ،- ، وهناك منطقة فقيرة أخرى بالإلكترونات ، δ +.
تعمل الممحاة ذات اللونين كقياس لقطبين ، موجب وسالب ، لجزيء له عزم ثنائي القطب ملحوظ. المصدر: Pexels.
العزم ثنائي القطب ، μ ، هو كمية متجهية ، لذلك فهي تتأثر بزوايا الروابط ، وبشكل عام ، بالتركيب الجزيئي.
عندما يكون الجزيء خطيًا ، يمكن مقارنته بممحاة ثنائية اللون. نهايته السلبية δ- ، تتوافق مع اللون الأحمر ؛ بينما الموجب δ + سيكون أزرق. مع زيادة حجم الشحنات السالبة عند القطب δ ، والمسافة التي تفصلها عن δ + ، تزداد العزم ثنائي القطب.
كيميائيًا ، ما ورد أعلاه يعني أنه كلما زاد الفرق في الكهربية بين ذرتين ، وكلما زادت المسافة التي تفصل بينهما ، زادت العزم ثنائي القطب بينهما.
كيف يتم حساب العزم ثنائي القطب؟
تعتبر رابطة تساهمية بين ذرتين ، A و B:
AB
المسافة بين الشحنات الجزئية الموجبة والسالبة محددة بالفعل بطول الرابطة الخاصة بها:
A δ + -B δ-
نظرًا لأن البروتونات والإلكترونات لها نفس حجم الشحنة الكهربائية ولكن بإشارات معاكسة ، 1.6 · 10 -19 درجة مئوية ، فهذا ما يؤخذ في الاعتبار عند تقييم العزم ثنائي القطب بين A و B باستخدام المعادلة التالية:
μ = δ د
حيث μ هي العزم ثنائي القطب ، و هي شحنة الإلكترون بدون الإشارة السالبة ، و d هي طول الرابطة المعبر عنها بالأمتار. على سبيل المثال ، بافتراض أن قيمة d 2 Å (1 · 10-10 م) العزم ثنائي القطب ، ستكون μA-B:
μA-B = (1.6 10 -19 درجة مئوية) (2 10-10 م)
= 3.2 10 -29 ج م
ولكن نظرًا لأن هذه القيمة صغيرة جدًا ، يتم استخدام وحدة Debye:
μ = (3.2 · 10 -29 درجة مئوية · م) · (1 D / 3.33 · 10-30 درجة مئوية · م)
= 9.60 د
يمكن أن تعطي قيمة μA-B هذه الافتراض أن الرابطة AB أيونية أكثر من التساهمية.
أمثلة
ماء
عزم ثنائي القطب لجزيء الماء. المصدر: غابرييل بوليفار.
لحساب العزم ثنائي القطب للجزيء ، يجب إضافة كل لحظات ثنائي القطب للروابط الخاصة بكل منها بشكل متجه ، مع مراعاة زوايا الرابطة وقليل من حساب المثلثات. هذا في البداية.
يحتوي الماء على واحدة من أكبر لحظات ثنائي القطب التي يمكن توقعها للمركب التساهمي. في الصورة العلوية لدينا ذرات الهيدروجين لها شحنة جزئية موجبة ، δ + ، بينما الأكسجين يحمل الشحنة الجزئية السالبة ، δ-. رابطة OH قطبية تمامًا (1.5D) ، ويوجد اثنان منهم في جزيء H 2 O.
عادة ، يتم رسم المتجه الذي يتم توجيهه من أقل ذرة كهربية (H) إلى أكثر ذرة كهربية (O). على الرغم من عدم رسمها ، يوجد على ذرة الأكسجين زوجان من الإلكترونات غير المشتركة ، والتي "تركز" المنطقة السالبة أكثر.
نظرًا للهندسة الزاوية لـ H 2 O ، فإن لحظات ثنائي القطب تضيف اتجاه ذرة الأكسجين. لاحظ أن مجموع اثنين μO-H سيعطي 3D (1.5 + 1.5) ؛ لكن الأمر ليس كذلك. تبلغ قيمة العزم ثنائي القطب في الماء 1.85 د. يظهر هنا تأثير الزاوية القريبة من 105 درجة بين روابط HOH.
الميثانول
عزم ثنائي القطب لجزيء الميثانول. المصدر: غابرييل بوليفار.
العزم ثنائي القطب للميثانول هو 1.69D. إنه أقل من الماء. لذلك ، ليس للكتل الذرية تأثير كبير على العزم ثنائي القطب ؛ لكن نصف قطرها الذري. في حالة الميثانول ، لا يمكننا القول أن رابطة H O لها μ يساوي 1.5D ؛ منذ ذلك الحين ، تختلف البيئات الجزيئية في CH 3 OH و H 2 O.
هذا هو السبب في أنه يجب قياس طول رابطة H O في الميثانول من أجل حساب μO-H. ما يمكن قوله هو أن μO-H أكبر من μC-O ، لأن فرق الكهربية بين الكربون والأكسجين أقل من الفرق بين الهيدروجين والأكسجين.
الميثانول مدرج كواحد من أكثر المذيبات القطبية التي يمكن العثور عليها مع الماء والأمونيا.
الأمونيا
عزم ثنائي القطب لجزيء الأمونيا. المصدر: غابرييل بوليفار.
روابط HN قطبية تمامًا ، لذا فإن النيتروجين ، نظرًا لارتفاع كهروميته ، يجذب الإلكترونات نحو نفسه (الصورة العلوية). بالإضافة إلى ذلك ، لدينا زوج غير مشترك من الإلكترونات ، والذي يساهم بشحناته السالبة في المنطقة. لذلك ، تسود الشحنات الكهربائية على ذرة النيتروجين في الأمونيا.
الأمونيا لها عزم ثنائي القطب 1.42D ، أقل من الميثانول. إذا كان من الممكن تحويل كل من الأمونيا والميثانول إلى ممحاة ، فسيتم ملاحظة أن ممحاة الميثانول لها أعمدة أكثر تحديدًا مقارنةً بممحاة الأمونيا.
الإيثانول
في حالة الإيثانول ، CH 3 CH 2 OH ، فإن عزمه ثنائي القطب قريب جدًا من الميثانول ، ولكنه يميل إلى أن يكون له قيم أقل. نظرًا لوجود المزيد من ذرات الكربون التي تتكون منها المنطقة + ، تبدأ ذرة الأكسجين التي تمثل δ- في فقدان بعض "شدتها السلبية النسبية".
نشبع
عزم ثنائي القطب لجزيء ثاني أكسيد الكربون. المصدر: غابرييل بوليفار.
يحتوي ثاني أكسيد الكربون على رابطتين قطبيتين ، C = O ، مع لحظات ثنائي القطب μO-C. ومع ذلك، كما يمكن أن يرى في الصورة أعلاه، هندسة خطية من CO 2 يؤدي اثنين μO-C لإلغاء بعضها البعض vectorly، حتى عندما يكون الكربون له تهمة جزئي إيجابي والأكسجين لديها رسوم جزئية سلبية.
لهذا السبب ، فإن ثاني أكسيد الكربون هو جزيء قطبي ، حيث أن قيمة μCO 2 تساوي 0D.
الميثان
عزم ثنائي القطب لجزيء الميثان. المصدر: غابرييل بوليفار.
يشترك كل من الميثان وثاني أكسيد الكربون في شيء مشترك: إنهما جزيئات متماثلة للغاية. بشكل عام ، كلما كان الجزيء أكثر تناسقًا ، كانت عزمه ثنائي القطب أصغر.
إذا نظرنا إلى جزيء CH 4 ، فإن روابطه CH تكون قطبية ، ويتم توجيه الإلكترونات نحو ذرة الكربون لأنها أكثر كهرسلبية قليلاً. قد يعتقد المرء أن الكربون يجب أن يكون منطقة δ- شديدة السلبية ؛ مثل ممحاة مركزها أحمر غامق ونهايات مزرقة.
ومع ذلك ، من خلال قسمة CH 4 إلى النصف ، نحصل على نصفين من HCH ، أحدهما على اليسار والآخر على اليمين ، على غرار جزيء H 2 O. وهكذا ، فإن عزم ثنائي القطب الناتج عن إضافة هذين μC-H سوف يلغي مع النصف الآخر. وبالتالي ، فإن قيمة μCH 4 تساوي 0D.
المراجع
- ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
- والتر جيه مور. (1963). الكيمياء الفيزيائية. في الحركية الكيميائية. الطبعة الرابعة ، Longmans.
- ايرا ن.ليفين. (2009). مبادئ الكيمياء الفيزيائية. الطبعة السادسة ، ص 479-540. ماك جراو هيل.
- هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (29 يناير 2020). تعريف لحظة ثنائية القطب. تم الاسترجاع من: thinkco.com
- بلابر مايك. (29 سبتمبر 2019). لحظات ثنائية القطب. الكيمياء LibreTexts. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
- لاريتا ويليامز. (2020). لحظة ثنائية القطب: التعريف والمعادلة والأمثلة. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com
- ويكيبيديا. (2020). لحظة السندات ثنائية القطب. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org