ما هي قوى ثنائي القطب؟ - كيمياء - 2025

إن قوى ثنائي القطب أو قوى كيسوم هي تلك التفاعلات بين الجزيئات الموجودة في الجزيئات ذات اللحظات ثنائية القطب الدائمة. إنها إحدى قوى فان دير فال ، وعلى الرغم من أنها بعيدة كل البعد عن الأقوى ، إلا أنها عامل رئيسي يفسر الخصائص الفيزيائية للعديد من المركبات.

يشير مصطلح "ثنائي القطب" بوضوح إلى قطبين: أحدهما سالب والآخر موجب. وبالتالي ، فإننا نتحدث عن جزيئات ثنائية القطب عندما تكون قد حددت مناطق ذات كثافة إلكترون عالية ومنخفضة ، وهو أمر ممكن فقط إذا "هاجرت" الإلكترونات بشكل تفضيلي نحو ذرات معينة: الأكثر كهربيًا.

توضح الصورة العلوية تفاعلات ثنائي القطب ثنائي القطب بين جزيئين AB مع لحظات ثنائية القطب دائمة. وبالمثل ، يمكن ملاحظة كيفية توجيه الجزيئات بحيث تكون التفاعلات فعالة. وبالتالي ، فإن المنطقة الموجبة δ + تجذب المنطقة السلبية δ-.

وفقًا لما سبق ، يمكن تحديد أن هذا النوع من التفاعل اتجاهي (على عكس تفاعلات الشحن الأيونية). توجه الجزيئات في بيئتها أقطابها بطريقة ، على الرغم من ضعفها ، فإن مجموع كل هذه التفاعلات يمنح المركب استقرارًا كبيرًا بين الجزيئات.

ينتج عن ذلك أن المركبات (العضوية أو غير العضوية) القادرة على تكوين تفاعلات ثنائية القطب تظهر نقاط غليان أو انصهار عالية.

عزم ثنائي الاقطاب

العزم ثنائي القطب µ للجزيء هو كمية متجهة. بمعنى آخر: يعتمد على الاتجاهات التي يوجد بها تدرج قطبي. كيف ولماذا ينشأ هذا التدرج اللوني؟ تكمن الإجابة في الروابط وفي الطبيعة الجوهرية لذرات العناصر.

على سبيل المثال ، في الصورة العليا ، تكون A أكثر كهرسلبية من B ، لذلك في الرابطة AB ، توجد أعلى كثافة إلكترون حول A.

من ناحية أخرى ، فإن B "تتخلى" عن سحابة الإلكترون الخاصة بها ، وبالتالي فهي محاطة بمنطقة فقيرة بالإلكترون. هذا الاختلاف في الكهربية بين A و B يخلق تدرج القطبية.

نظرًا لأن إحدى المناطق غنية بالإلكترونات (δ-) والأخرى فقيرة في الإلكترونات (δ +) ، يظهر القطبان ، اعتمادًا على المسافات بينهما ، تنشأ مقادير مختلفة من µ ، والتي يتم تحديدها لكل مركب.

تناظر

إذا كان جزيء مركب معين µ = 0 ، فيقال إنه جزيء قطبي (حتى لو كان له تدرجات قطبية).

لفهم كيف يلعب التناظر - وبالتالي الهندسة الجزيئية - دورًا مهمًا في هذه المعلمة ، من الضروري النظر في الرابطة AB مرة أخرى.

بسبب الاختلاف في سلبيتها الكهربية ، هناك مناطق محددة غنية وفقيرة في الإلكترونات.

ماذا لو كانت الروابط AA أو BB؟ في هذه الجزيئات لن يكون هناك عزم ثنائي القطب ، حيث تنجذب كلتا الذرتين تجاههما بنفس الطريقة التي تنجذب بها إلكترونات الرابطة (رابطة تساهمية مائة بالمائة).

كما يتضح من الصورة ، لا يُظهر جزيء AA أو BB الآن مناطق غنية أو فقيرة بالإلكترونات (الأحمر والأزرق). هنا نوع آخر من القوى مسؤول عن تثبيت A ₂ و B _{2 معًا}: تفاعلات ثنائية القطب مستحثة ، تُعرف أيضًا باسم قوى لندن أو قوى التشتت.

على العكس من ذلك ، إذا كانت الجزيئات من النوع AOA أو BOB ، فسيكون هناك تنافر بين أقطابها لأن لها شحنة متساوية:

لا تسمح مناطق δ + لجزيئين BOB بالتفاعل الفعال ثنائي القطب ؛ يحدث الشيء نفسه بالنسبة لمناطق δ لجزيئي AOA. وبالمثل ، فإن كلا زوجي الجزيئات لهما µ = 0. يتم إلغاء التدرج القطبي OA بشكل متجه مع ذلك الخاص بالرابطة AO.

وبالتالي ، تلعب قوى التشتت دورًا أيضًا في زوج AOA و BOB ، نظرًا لغياب التوجيه الفعال لثنائيات القطب.

عدم التناسق في الجزيئات غير الخطية

أبسط حالة هي تلك الخاصة بجزيء CF ₄ (أو نوع CX ₄). هنا ، يحتوي C على هندسة جزيئية رباعية السطوح وتوجد مناطق غنية بالإلكترون في الرؤوس ، وتحديدًا على الذرات الكهربية الكهربية لـ F.

يُلغي التدرج اللوني للقطبية CF في أي اتجاه من اتجاهات رباعي السطوح ، مما يتسبب في أن يساوي مجموع المتجهات لكل هذه الاتجاهات صفرًا.

وهكذا ، على الرغم من أن مركز رباعي الوجوه موجب للغاية (δ +) ورؤوسه سلبية للغاية (δ-) ، لا يمكن لهذا الجزيء أن يشكل تفاعلات ثنائية القطب مع جزيئات أخرى.

اتجاهات ثنائيات القطب

في حالة جزيئات AB الخطية ، يتم توجيهها بطريقة تشكل تفاعلات ثنائية القطب أكثر كفاءة (كما هو موضح في الصورة أعلاه). ما سبق ينطبق بنفس الطريقة على الأشكال الهندسية الجزيئية الأخرى ؛ على سبيل المثال ، الزاوي في حالة جزيئات NO ₂.

وبالتالي ، تحدد هذه التفاعلات ما إذا كان المركب AB عبارة عن غاز ، أو سائل ، أو مادة صلبة عند درجة حرارة الغرفة.

في حالة المركبين A ₂ و B ₂ (تلك الموجودة في الحذف الأرجواني) ، فمن المحتمل جدًا أن تكون غازية. ومع ذلك ، إذا كانت ذراته ضخمة جدًا وقابلة للاستقطاب بسهولة (مما يزيد من قوى لندن) ، فيمكن أن يكون كلا المركبين إما صلبًا أو سائلًا.

كلما كانت التفاعلات ثنائية القطب أقوى ، زاد التماسك بين الجزيئات ؛ وبالمثل ، كلما زادت درجة انصهار وغليان المركب. هذا بسبب الحاجة إلى درجات حرارة أعلى "لكسر" هذه التفاعلات.

من ناحية أخرى ، تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى اهتزاز الجزيئات وتدويرها وتحركها بشكل متكرر. هذا "التحريض الجزيئي" يضعف اتجاهات ثنائيات الأقطاب ، وبالتالي تضعف القوى الجزيئية للمركب.

تفاعلات الرابطة الهيدروجينية

في الصورة العليا ، تظهر خمسة جزيئات ماء تتفاعل بواسطة روابط هيدروجينية. هذا نوع خاص من تفاعلات ثنائي القطب. المنطقة الإلكترونية الفقيرة تحتلها H ؛ والمنطقة الغنية بالإلكترون (δ-) تحتلها الذرات عالية الكهربية N و O و F.

وهذا يعني أن الجزيئات التي تحتوي على ذرات N و O و F المرتبطة بـ H يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية.

وبالتالي ، فإن روابط الهيدروجين هي OHO و NHN و FHF و OHN و NHO ، إلخ. هذه الجزيئات لها لحظات ثنائية القطب دائمة وشديدة للغاية ، والتي توجهها بشكل صحيح "للاستفادة" من هذه الجسور.

هم أضعف بقوة من أي رابطة تساهمية أو أيونية. على الرغم من أن مجموع كل الروابط الهيدروجينية في طور المركب (صلب أو سائل أو غازي) يجعله يعرض خصائص تحدده على أنه فريد.

على سبيل المثال ، هذه هي حالة الماء ، حيث تكون روابطه الهيدروجينية مسؤولة عن ارتفاع درجة غليانه وعن كونه أقل كثافة في حالة الجليد من الماء السائل ؛ سبب تطفو الجبال الجليدية في البحار.

المراجع

1. القوات ثنائية القطب. تم الاسترجاع في 30 مايو 2018 من: chem.purdue.edu
2. التعلم بلا حدود. قوة ثنائي القطب ثنائي القطب. تم الاسترجاع في 30 مايو 2018 من: course.lumenlearning.com
3. جينيفر روشار. (2016). القوات ثنائية القطب. تم الاسترجاع في 30 مايو 2018 من: sophia.org
4. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (3 مايو 2018). ما هي أمثلة على ارتباط الهيدروجين؟ تم الاسترجاع في 30 مايو 2018 ، من: thinkco.com
5. ماثيوز ، سي كي ، فان هولدي ، كيه إي وأهيرن ، كغ (2002) الكيمياء الحيوية. الطبعة الثالثة. أديسون ويسلي لونجمان ، إنك ، ص 33.
6. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. كيمياء. (الطبعة الثامنة). تعلم CENGAGE ، ص 450-452.
7. مستخدم Qwerter. (16 أبريل 2011). نموذج ثلاثي الأبعاد للروابط الهيدروجينية في المرحاض.. تم الاسترجاع في 30 مايو 2018 من: commons.wikimedia.org