מומנט דיפול הוא נכס כימי המציין כמה חשמלי הטרוגני חיובים מופצים במולקולה. זה בא לידי ביטוי ביחידות Debye, 3.33 · 10-30 צלזיוס, ובאופן כללי ערכיו נעים בין 0 ל 11 D.
תרכובות קוטביות מאוד נוטות להיות לרגעים גדולים של דיפול; ואילו הרגעים האפולים, רגעים דיפולניים קטנים. ככל שהמטענים החשמליים מקוטבים יותר במולקולה, כך גדל הרגע הדיפול שלה; כלומר, חייב להיות אזור עשיר באלקטרונים, δ- ואחר עניים באלקטרונים, δ +.
המחק בשני הצבעים משמש אנלוגיה לשני קטבים, חיוביים ושליליים, של מולקולה עם רגע דיפול מסומן. מקור: Pexels.
רגע הדיפול, μ, הוא כמות וקטורית, ולכן הוא מושפע מזוויות הקשרים ובכלל מהמבנה המולקולרי.
כאשר המולקולה היא לינארית, ניתן להשוות אותה למחק בעל שני צבעים. הסוף השלילי שלה δ-, יתאים לצבע אדום; ואילו החיובי, δ +, יהיה כחול. ככל שעוצמת המטענים השליליים בקוטב δ עולה, והמרחק המפריד בינו לבין δ +, גדל רגע הדיפול.
מבחינה כימית, האמור לעיל פירושו שככל שההבדל ביחס האלקטרוניטיבי בין שני אטומים גדול יותר, וככל שהמרחק המפריד ביניהם ארוך יותר, כך גדל רגע הדיפול ביניהם.
כיצד מחושב רגע הדיפול?
זה נחשב לקישור קוולנטי בין שני אטומים, A ו- B:
א.ב.
המרחק בין המטענים החלקיים החיוביים והשליליים מוגדר כבר על ידי אורך הקשר שלהם:
A + + -B δ-
מכיוון שלפרוטונים ואלקטרונים יש אותו גודל של מטען חשמלי אך עם סימנים הפוכים, 1.6 · 10 -19 C, זה מה שנלקח בחשבון בעת הערכת רגע הדיפול בין A ל B באמצעות המשוואה הבאה:
μ = δd
כאשר μ הוא רגע הדיפול, δ הוא המטען של האלקטרון ללא הסימן השלילי, ו- d הוא אורך הקשר המתבטא במטרים. לדוגמה, בהנחה של d יש ערך של 2 Å (1 · 10 -10 מ ') רגע הדיפול, μA-B יהיה:
μA-B = (1.6 10 -19 C) (2 10 -10 מ ')
= 3.2 10-29 צ 'מ'
אך מכיוון שערך זה קטן מאוד, משתמשים ביחידת Debye:
μ = (3.2 · 10 -29 צלזיוס · מ ') · (1 D / 3.33 · 10 -30 צלזיוס · מ')
= 9.60 ד
ערך זה של μA-B יכול להניח להניח שהקשר AB יני יותר מאשר קוולנטי.
דוגמאות
מים
רגע דיפול של מולקולת מים. מקור: גבריאל בוליבר.
כדי לחשב את הרגע הדיפול של מולקולה, יש להוסיף את כל רגעי הדיפול של הקשרים שלהם בהתאמה וקטורית, בהתחשב בזוויות הקשר וקצת טריגונומטריה. זה בהתחלה.
למים יש אחד מרגעי הדיפול הגדולים ביותר שניתן היה לצפות לתרכובת קוולנטית. בתמונה העליונה יש לנו שלאטומי מימן מטענים חלקיים חיוביים, δ +, ואילו חמצן נושא את המטען החלקי השלילי, δ-. הקשר OH הוא קוטבי למדי (1.5D), ויש שניים מהם במולקולת H 2 O.
בדרך כלל מצייר וקטור שמופנה מהאטום האלקטרונימטיבי הכי פחות (H) לאחד האלקטרוניטיבי ביותר (O). למרות שהם לא נמשכים, על אטום החמצן ישנם שני זוגות אלקטרונים לא משותפים, אשר "מרכזים" את האזור השלילי ביתר שאת.
בשל הגיאומטריה הזוויתית של H 2 O, רגעי הדיפול מוסיפים לכיוון אטום החמצן. שימו לב כי סכום שני ה- O-H ייתן 3D (1.5 + 1.5); אבל זה לא ככה. לרגע הדיפולני של מים ערך ניסוי של 1.85D. כאן מוצג ההשפעה של זווית 105 מעלות בין קשרי HOH.
מתנול
רגע דיפול של מולקולת מתנול. מקור: גבריאל בוליבר.
רגע הדיפול של מתנול הוא 1.69D. זה פחות מזה של מים. לכן, להמוני האטום אין השפעה רבה על רגע הדיפול; אבל הרדיוסים האטומיים שלהם הם. במקרה של מתנול, איננו יכולים לומר כי לקשר ה- HO שלו יש מיקרו שווה ל- 1.5D; מכיוון שהסביבות המולקולריות שונות ב- CH 3 OH ו- H 2 O.
זו הסיבה שאורך הקשר של HO במתנול היה צריך להימדד כדי לחשב μO-H. מה שכן ניתן לומר הוא ש- μO-H גדול מ- μC-O, מכיוון שההבדל האלקטרוניטיבי בין פחמן לחמצן הוא פחות מאשר בין מימן לחמצן.
מתנול מופיע כאחד מממיסים קוטביים ביותר שניתן למצוא יחד עם מים ואמוניה.
אַמוֹנִיָה
רגע דיפול של מולקולת אמוניה. מקור: גבריאל בוליבר.
קשרי ה- HN הם קוטביים למדי, ולכן חנקן, בגלל האלקטרוניטיביות הגבוהה שלו, מושך אלקטרונים לעבר עצמו (תמונה עליונה). בנוסף לכל זה, יש לנו זוג אלקטרונים לא משותף, התורמים את המטענים השליליים שלהם לאזור δ. לפיכך, מטענים חשמליים הם השולטים על אטום החנקן של אמוניה.
לאמוניה יש רגע דיפול של 1.42D, פחות מזה של מתנול. אם ניתן להפוך גם אמוניה וגם מתנול למחקים, ניתן היה לראות שלמחק המתנול יש קטבים מוגדרים יותר בהשוואה למחק האמוניה.
אתנול
במקרה של אתנול, CH 3 CH 2 OH, רגע הדיפול שלו קרוב מאוד לזה של מתנול, אך הוא נוטה לערכים נמוכים יותר. ככל שיש יותר אטומי פחמן המרכיבים את האזור + +, אטום החמצן המייצג את δ- מתחיל לאבד חלק מ"עוצמת השליליות היחסית "שלו.
פחמן דו חמצני
רגע דיפול של מולקולת פחמן דו חמצני. מקור: גבריאל בוליבר.
לפחמן דו חמצני שני קשרים קוטביים, C = O, ברגעי הדיפול שלהם בהתאמה μO-C. עם זאת, כפי שניתן לראות בתמונה למעלה, הגיאומטריה הלינארית של CO 2 גורמת לשני ה- μO-C לבטל זה את זה מבחינה וקטורית, גם כאשר לפחמן יש מטען חלקי חיובי ולשחמצן מטענים חלקיים שליליים.
מסיבה זו, דו תחמוצת הפחמן היא מולקולה אפולירית, שכן ל- μCO 2 יש ערך של 0D.
מתאן
רגע דיפול למולקולת מתאן. מקור: גבריאל בוליבר.
גם מתאן וגם פחמן דו חמצני חולקים משהו במשותף: מדובר במולקולות סימטריות ביותר. ככלל, ככל שמולקולה סימטרית יותר, כך רגע הדיפול שלה קטן יותר.
אם נתבונן CH 4 מולקולה , אג"ח CH שלה הם קוטב, והאלקטרונים מופנים כלפי אטום הפחמן כפי שהוא מעט יותר אלקטרו. אפשר לחשוב שפחמן יצטרך להיות אזור δ שלילי ביותר; כמו מחק עם המרכז האדום העמוק והקצוות הכחלחלים שלו.
עם זאת, על ידי חלוקת CH 4 לחצי, נקבל שני חצאי HCH, אחד בצד שמאל והשני בצד ימין, בדומה למולקולת H 2 O. לפיכך, רגע הדיפול הנובע מהוספת שני ה- μC-H יבטל עם החצי השני. ולכן ל- μCH 4 יש ערך של 0D.
הפניות
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
- וולטר ג'יי מור. (1963). כימיה פיזיקלית. בקינטיקה כימית. מהדורה רביעית, לונגמן.
- אירה נ. לוין. (2009). עקרונות הפיזיקו-כימיה. המהדורה השישית, עמ '479-540. מק גריי היל.
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (29 בינואר 2020). הגדרת רגע של דיפול. התאושש מ: thoughtco.com
- בלייבר מייק. (29 בספטמבר 2019). רגעים של דיפול. כימיה LibreTexts. התאושש מ: chem.libretexts.org
- לריטה וויליאמס. (2020). רגע של דיפול: הגדרה, משוואה ודוגמאות. לימוד. התאושש מ: study.com
- ויקיפדיה. (2020). רגע הדיפול של בונד. התאושש מ: en.wikipedia.org