القطبية (الكيمياء): الجزيئات القطبية والأمثلة - كيمياء - 2025

و قطبية الكيميائي هو خاصية تتميز بوجود التوزيع غير المتجانس ملحوظ في كثافة الإلكترونات في الجزيء. لذلك ، في هيكلها ، توجد مناطق سالبة الشحنة (δ-) ، وأخرى موجبة الشحنة (δ +) ، تولد عزمًا ثنائي القطب.

العزم ثنائي القطب (µ) للرابطة هو شكل من أشكال التعبير عن قطبية الجزيء. عادةً ما يتم تمثيله على أنه ناقل يكون أصله في الشحنة (+) وتوجد نهايته في الشحنة (-) ، على الرغم من أن بعض الكيميائيين يمثلونها بشكل عكسي.

خريطة الجهد الكهروستاتيكي لجزيء الماء. المصدر: Benjah-bmm27 عبر ويكيبيديا.

تُظهر الصورة العلوية خريطة الجهد الكهروستاتيكي للماء ، H ₂ O. تتوافق المنطقة الحمراء (ذرة الأكسجين) مع المنطقة ذات الكثافة الإلكترونية الأعلى ، ويمكن أيضًا ملاحظة أنها تبرز في المناطق الزرقاء (ذرات الهيدروجين).

نظرًا لأن توزيع كثافة الإلكترون المذكورة غير متجانس ، يُقال أن هناك قطب موجب وسالب. هذا هو السبب في أننا نتحدث عن "القطبية" الكيميائية ، والعزم ثنائي القطب.

عزم ثنائي الاقطاب

يتم تعريف العزم ثنائي القطب µ بالمعادلة التالية:

µ = δ · د

حيث δ هي الشحنة الكهربائية لكل قطب ، موجبة (+ δ) أو سالبة (–) ، و d هي المسافة بينهما.

عادة ما يتم التعبير عن العزم ثنائي القطب في debye ، ويمثلها الرمز D. واحد كولوم · متر يساوي 2.998 · 10 ²⁹ D.

ترتبط قيمة العزم ثنائي القطب للرابطة بين ذرتين مختلفتين بالاختلاف في الكهربية الكهربية للذرات التي تشكل الرابطة.

لكي يكون الجزيء قطبيًا ، لا يكفي وجود روابط قطبية في بنيته ، ولكن يجب أيضًا أن يكون له شكل هندسي غير متماثل ؛ بطريقة تمنع اللحظات ثنائية القطب من إلغاء بعضها البعض بشكل متجه.

عدم التناسق في جزيء الماء

يحتوي جزيء الماء على روابط OH. هندسة الجزيء زاوي ، أي على شكل حرف "V" ؛ لذلك ، فإن اللحظات ثنائية القطب للروابط لا تلغي بعضها البعض ، بل ينتج مجموعها مشيرًا نحو ذرة الأكسجين.

تعكس خريطة الجهد الكهروستاتيكي لـ H ₂ O هذا.

إذا لوحظ الجزيء الزاوي HOH ، فقد يظهر السؤال التالي: هل هو حقًا غير متماثل؟ إذا تم رسم محور وهمي من خلال ذرة الأكسجين ، فسينقسم الجزيء إلى نصفين متساويين: HOOH.

لكن الأمر ليس كذلك إذا كان المحور التخيلي أفقيًا. عندما يقسم هذا المحور الآن الجزيء مرة أخرى إلى نصفين ، سيكون لديك ذرة الأكسجين على جانب واحد ، وذرتا الهيدروجين على الجانب الآخر.

لهذا السبب ، فإن التناظر الظاهر لـ H ₂ O لم يعد موجودًا ، وبالتالي فهو يعتبر جزيء غير متماثل.

الجزيئات القطبية

يجب أن تفي الجزيئات القطبية بسلسلة من الخصائص ، مثل:

- توزيع الشحنات الكهربائية في التركيب الجزيئي غير متماثل.

- عادة ما تكون قابلة للذوبان في الماء. وذلك لأن الجزيئات القطبية يمكن أن تتفاعل بواسطة قوى ثنائية القطب ، حيث يتميز الماء بوجود عزم ثنائي القطب كبير.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن ثابت العزل الكهربائي الخاص به مرتفع جدًا (78.5) ، مما يسمح له بالحفاظ على الشحنات الكهربائية منفصلة ، مما يزيد من قابليتها للذوبان.

- بشكل عام ، الجزيئات القطبية لها نقاط غليان وانصهار عالية.

تتكون هذه القوى من تفاعل ثنائي القطب ، وقوى تشتت لندن وتشكيل روابط هيدروجينية.

- بسبب شحنتها الكهربائية ، يمكن للجزيئات القطبية توصيل الكهرباء.

أمثلة

جنوب غرب

ثاني أكسيد الكبريت (SO ₂). تبلغ كهرسلبية الأكسجين 3.44 ، بينما تبلغ كهرسلبية الكبريت 2.58. لذلك ، الأكسجين أكثر كهرسلبية من الكبريت. هناك نوعان من السندات S = O ، O بها شحنة δ- و S لها شحنة δ +.

نظرًا لأنه جزيء زاوي مع S عند الرأس ، يتم توجيه عزمي ثنائي القطب في نفس الاتجاه ؛ وبالتالي ، فإنها تتراكم ، مما يجعل جزيء SO ₂ قطبيًا.

CHCl

الكلوروفورم (HCCl ₃). يوجد رابط CH واحد وثلاثة سندات C-Cl.

الكهرسلبية لـ C هي 2.55 ، و الكهربية لـ H هي 2.2. وبالتالي ، فإن الكربون أكثر كهرسلبية من الهيدروجين ؛ وبالتالي ، سيتم توجيه العزم ثنائي القطب من H (δ +) نحو C (δ-): C ^δ- -H ^{δ +}.

في حالة روابط C-Cl ، فإن C لها كهرسلبية 2.55 ، بينما Cl لها كهرسلبية 3.16. يتم توجيه المتجه ثنائي القطب أو العزم ثنائي القطب من C إلى Cl في الروابط الثلاثة C ^{δ +} -Cl ^δ-.

نظرًا لوجود منطقة فقيرة بالإلكترون حول ذرة الهيدروجين ومنطقة غنية بالإلكترون تتكون من ذرات الكلور الثلاث ، يعتبر CHCl ₃ جزيء قطبي.

HF

يحتوي فلوريد الهيدروجين على رابطة HF واحدة فقط. الكهربية لـ H هي 2.22 و الكهربية لـ F هي 3.98. لذلك ، ينتهي الفلور بأعلى كثافة إلكترونية ، وأفضل وصف ^{للرابطة} بين الذرتين هو: H H ⁺ -F ^δ-.

نيو هامبشاير

تحتوي الأمونيا (NH ₃) على ثلاث روابط NH. كهرسلبية N هي 3.06 و كهرسلبية H هي 2.22. في جميع الروابط الثلاثة ، تتجه كثافة الإلكترون نحو النيتروجين ، وتكون أعلى من ذلك بوجود زوج من الإلكترونات الحرة.

جزيء NH ₃ هو رباعي السطوح ، مع احتلال ذرة N الرأس. اللحظات الثلاثة ثنائية القطب ، المقابلة لروابط NH ، موجهة في نفس الاتجاه. في نفوسهم ، يقع δ- في N ، و δ + في H. وهكذا ، فإن الروابط هي: N ^δ- -H ^{δ +}.

هذه اللحظات ثنائية القطب ، وعدم تناسق الجزيء ، والزوج الحر من الإلكترونات على النيتروجين ، تجعل الأمونيا جزيءًا قطبيًا عاليًا.

الجزيئات الكبيرة مع الذرات غير المتجانسة

عندما تكون الجزيئات كبيرة جدًا ، لم يعد من المؤكد تصنيفها على أنها قطبية أو قطبية بحد ذاتها. هذا لأنه قد تكون هناك أجزاء من هيكلها ذات خصائص قطبية (كارهة للماء) وقطبية (محبة للماء).

تُعرف هذه الأنواع من المركبات باسم amphiphiles أو amphipathics. نظرًا لأنه يمكن اعتبار الجزء القطبي فقيرًا بالإلكترون بالنسبة للجزء القطبي ، فهناك قطبية موجودة في الهيكل ، وتعتبر المركبات البرمائية مركبات قطبية.

من المتوقع عمومًا أن يكون للجزيء الكبير ذو الذرات غير المتجانسة لحظات ثنائية القطب ، وبالتالي قطبية كيميائية.

من المفهوم أن الذرات غير المتجانسة هي تلك التي تختلف عن تلك التي تشكل الهيكل العظمي للهيكل. على سبيل المثال ، الهيكل الكربوني هو الأهم من الناحية البيولوجية على الإطلاق ، والذرة التي يشكل بها الكربون رابطة (بالإضافة إلى الهيدروجين) تسمى ذرة غير متجانسة.

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء. (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. البروفيسور كريشنان. (2007). المركبات القطبية وغير القطبية. كلية سانت لويس المجتمعية. تم الاسترجاع من: users.stlcc.edu
3. مورمسون ، سيرم. (14 مارس 2018). كيف تشرح القطبية. علم. تم الاسترجاع من: sciencing.com
4. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (05 ديسمبر 2018). تعريف الرابطة القطبية وأمثلة (الرابطة التساهمية القطبية). تم الاسترجاع من: thinkco.com
5. ويكيبيديا. (2019). قطبية كيميائية. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
6. Quimitube. (2012). الرابطة التساهمية: قطبية الرابطة والقطبية الجزيئية. تم الاسترجاع من: quimitube.com