הקוטביות היא רכוש מאופיין בנוכחות של חלוק הטרוגנית סימנה של צפיפויות אלקטרון במולקולה. במבנה שלו, אם כן, ישנם אזורים טעונים שלילית (δ-), ואחרים טעונים חיוביים (δ +), ומייצרים רגע דיפול.
רגע הדיפול (μ) של הקשר הוא סוג של ביטוי לקוטביות של מולקולה. לרוב הוא מיוצג כווקטור שמקורו במטען (+) וסופו ממוקם במטען (-), למרות שכמה כימאים מייצגים אותו הפוך.
מפה פוטנציאלית אלקטרוסטטית למולקולת המים. מקור: Benjah-bmm27 דרך Wikipedia.
התמונה העליונה מציגה את המפה הפוטנציאלית האלקטרוסטטית למים, H 2 O. האזור האדמדם (אטום חמצן) תואם לזה עם צפיפות האלקטרונים הגבוהה ביותר, וניתן לראות גם שזה בולט באזורים הכחולים (אטומי מימן) ).
כיוון שהפיזור של צפיפות האלקטרונים האמורה הוא הטרוגני, נאמר שישנו מוט חיובי ושלילי. זו הסיבה שאנחנו מדברים על 'קוטביות' כימית, ורגע דיפול.
רגע דיפול
רגע הדיפול μ מוגדר על ידי המשוואה הבאה:
μ = δ · ד
כאשר δ הוא המטען החשמלי של כל עמוד, חיובי (+ δ) או שלילי (–δ), ו- d הוא המרחק ביניהם.
רגע הדיפול מתבטא בדרך כלל בביצוע מיוצג על ידי הסמל D. קולומב אחד · מטר שווה ל 2.998 · 10 29 ד.
הערך של רגע הדיפול של הקשר בין שני אטומים שונים הוא ביחס להבדל ביחס האלקטרוניטיבי של האטומים היוצרים את הקשר.
כדי שמולקולה תהיה קוטבית, זה לא מספיק עם קשרים קוטביים במבנה שלה, אלא עליה להיות גם גיאומטריה א-סימטרית; בצורה כזו שהיא מונעת מרגעי הדיפול לבטל זה את זה בצורה וקטורית.
א-סימטריה במולקולת המים
למולקולת המים שני קשרי OH. הגיאומטריה של המולקולה היא זוויתית, כלומר מעוצבת כ- "V"; לפיכך, רגעי הדיפול של הקשרים אינם מבטלים זה את זה, אלא הסכום מהם מופק כשהוא מכוון לעבר אטום החמצן.
המפה הפוטנציאלית האלקטרוסטטית של H 2 O משקפת זאת.
אם נצפה את המולקולה הזוויתית HOH, השאלה הבאה עשויה להתעורר: האם היא באמת א-סימטרית? אם נמשך ציר דמיוני דרך אטום החמצן, המולקולה תחלק לשני חצאים שווים: HOOH.
אבל, זה לא כך אם הציר הדמיוני אופקי. כאשר ציר זה מחלק את המולקולה בחזרה לשני חצאים, יהיה לך אטום החמצן בצד אחד, ושני אטומי המימן בצד השני.
מסיבה זו הסימטריה לכאורה של H 2 O מפסיקה להתקיים, ולכן היא נחשבת למולקולה א-סימטרית.
מולקולות קוטביות
מולקולות קוטביות חייבות לעמוד בסדרת מאפיינים, כגון:
חלוקת המטענים החשמליים במבנה המולקולרי היא א-סימטרית.
בדרך כלל הם מסיסים במים. הסיבה לכך היא שמולקולות קוטביות יכולות ליצור אינטראקציה על ידי כוחות דיפול-דיפול, כאשר מים מאופיינים בכך שיש להם רגע דיפול גדול.
בנוסף, הקבוע הדיאלקטרי שלו גבוה מאוד (78.5), המאפשר לו להפריד בין המטענים החשמליים, מה שמגדיל את המסיסות שלו.
באופן כללי, למולקולות קוטביות נקודות רתיחה והתכה גבוהות.
כוחות אלה מורכבים על ידי אינטראקציה דיפול-דיפול, כוחות הפיזור של לונדון ויצירת קשרי מימן.
-במטען החשמלי שלהם, מולקולות קוטביות יכולות להוליך חשמל.
דוגמאות
SW
דו תחמוצת הגופרית (SO 2 ). לחמצן יש אלקטרונטיביות של 3.44 ואילו האלקטרוניטיביות של הגופרית היא 2.58. לפיכך, חמצן הוא אלקטרונגטיבי יותר מגופרית. ישנם שני קשרי S = O, ל- O יש מטען δ וה- S יש מטען δ +.
מכיוון שמדובר במולקולה זוויתית עם S בקודקוד, שני רגעי הדיפול מכוונים באותו כיוון; ולכן הם מסתכמים והופכים את מולקולת ה- SO 2 לקוטבית.
CHCl
כלורופורם (HCCl 3 ). יש קשר CH אחד ושלושה איגרות חוב C-Cl.
החשיבות האלקטרונית של C היא 2.55, והה אלקטרוניות של H היא 2.2. לפיכך, פחמן הוא אלקטרונגטיבי יותר ממימן; ולכן, ברגע דיפול יהיה בראש ובראשונה מן H (δ +) כלפי C (δ-): C δ- -H δ + .
במקרה של קשרי C-Cl, ל- C יש אלקטרונגטיביות של 2.55, ואילו ל- Cl יש אלקטרונגטיביות של 3.16. וקטור הדיפול או הרגע הדיפול מכוון מ- C ל- Cl בשלושת הקשרים C + -Cl δ- .
מכיוון שיש אזור אטום אלקטרונים סביב אטום המימן ואזור עשיר אלקטרונים המורכב משלושת אטומי הכלור, CHCl 3 נחשב למולקולה קוטבית.
HF
לפלואוריד מימן יש קשר HF אחד בלבד. החשיבות האלקטרונית של H היא 2.22 וה אלקטרונגטיביות של F היא 3.98. לכן, פלואור מסתיים בצפיפות האלקטרונים הגבוהה ביותר, והקשר בין שני האטומים מתואר בצורה הטובה ביותר כ: H δ + -F δ- .
NH
לאמוניה (NH 3 ) שלושה קשרי NH. החשיבות האלקטרונית של N היא 3.06 וה אלקטרוניות של H היא 2.22. בשלושת הקשרים, צפיפות האלקטרונים מכוונת לחנקן, והיא אף גבוהה יותר על ידי נוכחותם של זוג אלקטרונים חופשיים.
מולקולת NH 3 היא טטרהדראלית, כאשר האטום N תופס את קודקודו. שלושת רגעי הדיפול, המתאימים לקשרים NH, מכוונים לאותו כיוון. בשנת אותם, δ- ממוקם N, ו δ + ב H. לכן, אג"ח הן: N δ- -H δ + .
רגעי הדיפול האלה, הא-סימטריה של המולקולה, וזוג האלקטרונים החופשי על חנקן, הופכים אמוניה למולקולה קוטבית ביותר.
Macromolecules עם הטרואטומים
כאשר המולקולות גדולות מאוד, כבר לא בטוח לסווג אותן עצמן או קוטביות. הסיבה לכך עשויה להיות חלקים מהמבנה שלו עם מאפיינים אפולאריים (הידרופוביים) וקוטביים (הידרופיליים) כאחד.
סוגים אלו של תרכובות ידועים בשם אמפיפילים או אמפיפות. מכיוון שהחלק האפוליארי יכול להיחשב עניים אלקטרונים ביחס לחלק הקוטבי, קיימת קוטביות במבנה, ותרכובות אמפיפיליות נחשבות לתרכובות קוטביות.
בדרך כלל ניתן לצפות במקרומולקולה עם הטרואטומים ברגעים דיפוליים, וכך קוטביות כימית.
ההטרו-אטומים מובנים כאלו השונים מאלו המרכיבים את שלד המבנה. לדוגמא, שלד הפחמן הוא הביולוגי החשוב מכולם, והאטום עמו נוצר קשר (בנוסף למימן) נקרא heteroatom.
הפניות
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
- פרופ 'קרישנן. (2007). תרכובות קוטביות ולא קוטביות. מכללת קהילת סנט לואיס. התאושש מ: users.stlcc.edu
- מורמסון, סרם. (14 במרץ, 2018). כיצד להסביר את הקוטביות. מדע. התאושש מ: sciencing.com
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (05 בדצמבר 2018). הגדרת קשר קוטבי ודוגמאות (קשר קוטבי קוטבי). התאושש מ: thoughtco.com
- ויקיפדיה. (2019). קוטביות כימית. התאושש מ: en.wikipedia.org
- קווימיטוב. (2012). קשר קוולנטי: קוטביות קשר וקוטביות מולקולרית. התאושש מ: quimitube.com