ไดโพลโมเมนต์: วิธีคำนวณและตัวอย่าง - เคมี - 2026

ขณะขั้วเป็นที่พักสารเคมีที่บ่งชี้ว่าผิดพวกผิดพ้องค่าใช้จ่ายไฟฟ้ามีการกระจายในโมเลกุล แสดงเป็นหน่วย Debye, 3.33 · 10 ^-30 C · m และโดยทั่วไปค่าอยู่ในช่วง 0 ถึง 11 D

สารประกอบที่มีขั้วสูงมักจะมีโมเมนต์ไดโพลมาก ในขณะที่ apolar ช่วงเวลาไดโพลเล็ก ๆ ยิ่งประจุไฟฟ้าโพลาไรซ์อยู่ในโมเลกุลมากเท่าใดก็ยิ่งมีโมเมนต์ไดโพลมากขึ้นเท่านั้น นั่นคือจะต้องมีพื้นที่ที่อุดมไปด้วยอิเล็กตรอนδ-และอีกอันที่มีอิเล็กตรอนไม่ดีδ +

ยางลบสองสีทำหน้าที่เปรียบเทียบกับสองขั้วคือบวกและลบของโมเลกุลที่มีโมเมนต์ไดโพลที่ทำเครื่องหมายไว้ ที่มา: Pexels

โมเมนต์ไดโพลμเป็นปริมาณเวกเตอร์ดังนั้นจึงได้รับผลกระทบจากมุมของพันธะและโดยทั่วไปโดยโครงสร้างโมเลกุล

เมื่อโมเลกุลเป็นเส้นตรงสามารถเปรียบเทียบได้กับยางลบสองสี ปลายด้านลบδ-จะสอดคล้องกับสีแดง ในขณะที่ค่าบวกδ + จะเป็นสีน้ำเงิน เมื่อขนาดของประจุลบที่ขั้วδ-เพิ่มขึ้นและระยะห่างที่แยกออกจากδ + โมเมนต์ไดโพลจะเพิ่มขึ้น

ในทางเคมีข้างต้นหมายความว่าความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวิตีระหว่างอะตอมสองอะตอมมากขึ้นและยิ่งระยะห่างที่แยกออกจากกันนานเท่าใดโมเมนต์ไดโพลระหว่างพวกเขาก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

โมเมนต์ไดโพลคำนวณอย่างไร?

ถือเป็นพันธะโควาเลนต์ระหว่างสองอะตอม A และ B:

AB

ระยะห่างระหว่างประจุบวกและลบบางส่วนถูกกำหนดโดยความยาวของพันธะ:

ก^{δ +} -B ^δ-

เนื่องจากโปรตอนและอิเล็กตรอนมีขนาดประจุไฟฟ้าเท่ากัน แต่มีเครื่องหมายตรงข้าม 1.6 · 10 ^-19 C นี่คือสิ่งที่นำมาพิจารณาเมื่อประเมินโมเมนต์ไดโพลระหว่าง A และ B โดยใช้สมการต่อไปนี้:

μ = δd

โดยที่μคือโมเมนต์ไดโพลδคือประจุของอิเล็กตรอนที่ไม่มีเครื่องหมายลบและ d คือความยาวของพันธะที่แสดงหน่วยเป็นเมตร ตัวอย่างเช่นสมมติว่า d มีค่า 2 Å (1 · 10 ^-10 m) โมเมนต์ไดโพลμA-B จะเป็น:

μA-B = (1.6 10 ^-19 C) (2 10 ^-10ม.)

= 3.2 10 ^-29 C ม

แต่เนื่องจากค่านี้มีขนาดเล็กมากจึงใช้หน่วย Debye:

μ = (3.2 · 10 ^-29 C ·ม.) · (1 D / 3.33 · ^10-30 C ·ม.)

= 9.60 ง

ค่าของμA-B นี้สามารถให้ได้เพื่อสมมติว่าพันธะ AB เป็นไอออนิกมากกว่าโควาเลนต์

ตัวอย่าง

น้ำ

โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลน้ำ ที่มา: Gabriel Bolívar

ในการคำนวณโมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลต้องเพิ่มโมเมนต์ไดโพลทั้งหมดของพันธะที่เกี่ยวข้องโดยพิจารณาจากมุมพันธะและบิตของตรีโกณมิติ นี้ในการเริ่มต้น

น้ำมีโมเมนต์ไดโพลที่ใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งซึ่งคาดว่าจะเกิดกับสารประกอบโควาเลนต์ ในภาพบนเราพบว่าอะตอมของไฮโดรเจนมีประจุบางส่วนเป็นบวกδ + ในขณะที่ออกซิเจนมีประจุลบบางส่วนδ- พันธะ OH ค่อนข้างมีขั้ว (1.5D) และมีอยู่สองตัวในโมเลกุล H ₂ O

โดยปกติเวกเตอร์จะถูกวาดโดยนำจากอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยที่สุด (H) ไปยังค่าอิเล็กโตรเนกาทีฟมากที่สุด (O) แม้ว่าจะไม่ได้ถูกดึงออกมา แต่บนอะตอมของออกซิเจนจะมีอิเล็กตรอนที่ไม่ใช้ร่วมกันสองคู่ซึ่งจะ "รวม" กับพื้นที่เชิงลบมากยิ่งขึ้น

เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตเชิงมุมของ H ₂ O โมเมนต์ไดโพลจะเพิ่มตามทิศทางของอะตอมออกซิเจน โปรดทราบว่าผลรวมของสองμO-H จะให้ 3D (1.5 + 1.5); แต่มันไม่ใช่อย่างนั้น โมเมนต์ไดโพลของน้ำมีค่าทดลอง 1.85D ผลของมุมใกล้ 105 °ระหว่างพันธะ HOH แสดงไว้ที่นี่

เมทิลแอลกอฮอล์

โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลเมทานอล ที่มา: Gabriel Bolívar

โมเมนต์ไดโพลของเมทานอลคือ 1.69D มันน้อยกว่าน้ำ ดังนั้นมวลอะตอมจึงไม่มีอิทธิพลมากนักต่อโมเมนต์ไดโพล แต่รัศมีอะตอมของมันคือ ในกรณีของเมทานอลเราไม่สามารถพูดได้ว่าพันธะ HO มีμเท่ากับ 1.5D เนื่องจากสภาพแวดล้อมของโมเลกุลมีความแตกต่างกันใน CH ₃ OH และ H ₂ O

นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงต้องมีการวัดความยาวของพันธะ HO ในเมทานอลเพื่อคำนวณμO-H สิ่งที่สามารถระบุได้คือμO-H มีขนาดใหญ่กว่าμC-O เนื่องจากความแตกต่างของอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างคาร์บอนและออกซิเจนมีค่าน้อยกว่าระหว่างไฮโดรเจนและออกซิเจน

เมทานอลถูกระบุว่าเป็นหนึ่งในตัวทำละลายที่มีขั้วมากที่สุดที่สามารถพบได้พร้อมกับน้ำและแอมโมเนีย

สารแอมโมเนีย

โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลแอมโมเนีย ที่มา: Gabriel Bolívar

พันธะ HN มีขั้วค่อนข้างมากดังนั้นไนโตรเจนเนื่องจากมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าจึงดึงดูดอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเอง (ภาพบน) นอกจากนี้เรายังมีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่ไม่ใช้ร่วมกันซึ่งนำประจุลบของมันไปยังพื้นที่δ- ดังนั้นประจุไฟฟ้าจึงมีอิทธิพลเหนืออะตอมไนโตรเจนของแอมโมเนีย

แอมโมเนียมีโมเมนต์ไดโพล 1.42D น้อยกว่าเมทานอล หากทั้งแอมโมเนียและเมทานอลสามารถเปลี่ยนเป็นยางลบได้จะเห็นว่ายางลบเมทานอลมีขั้วที่ชัดเจนกว่าเมื่อเทียบกับยางลบแอมโมเนีย

เอทานอล

ในกรณีของเอทานอล CH ₃ CH ₂ OH โมเมนต์ไดโพลใกล้เคียงกับเมทานอลมาก แต่มีแนวโน้มที่จะมีค่าต่ำกว่า เนื่องจากมีอะตอมของคาร์บอนมากขึ้นประกอบเป็นบริเวณδ + อะตอมของออกซิเจนที่เป็นตัวแทนของδ-จะเริ่มสูญเสีย“ ความเข้มเชิงลบสัมพัทธ์” ไปบางส่วน

คาร์บอนไดออกไซด์

โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ ที่มา: Gabriel Bolívar

คาร์บอนไดออกไซด์มีพันธะสองขั้ว C = O โดยมีโมเมนต์ไดโพลตามลำดับμO-C อย่างไรก็ตามดังที่เห็นได้จากภาพด้านบนเรขาคณิตเชิงเส้นของ CO ₂ทำให้μO-C ทั้งสองยกเลิกกันแบบเวกเตอร์แม้ว่าคาร์บอนจะมีประจุบางส่วนเป็นบวกและออกซีเจนจะมีประจุบางส่วนเป็นลบก็ตาม

ด้วยเหตุนี้คาร์บอนไดออกไซด์จึงเป็นโมเลกุลที่ไม่มีขั้วเนื่องจากμCO ₂มีค่าเป็น 0D

มีเทน

ไดโพลโมเมนต์สำหรับโมเลกุลมีเธน ที่มา: Gabriel Bolívar

ทั้งก๊าซมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์มีบางสิ่งที่เหมือนกัน: เป็นโมเลกุลที่มีความสมมาตรสูง โดยทั่วไปยิ่งโมเลกุลมีความสมมาตรมากเท่าใดโมเมนต์ไดโพลก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น

ถ้าเราดูที่โมเลกุล CH ₄พันธะCH ของมันจะมีขั้วและอิเล็กตรอนจะพุ่งเข้าหาอะตอมของคาร์บอนเนื่องจากมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่าเล็กน้อย อาจมีคนคิดว่าคาร์บอนจะต้องเป็นภูมิภาคเชิงลบอย่างมาก เหมือนยางลบที่มีตรงกลางสีแดงเข้มและปลายสีน้ำเงิน

อย่างไรก็ตามการหาร CH _{4 เป็น}ครึ่งหนึ่งเราจะได้ครึ่ง HCH สองตัวทางซ้ายและอีกอันทางขวาคล้ายกับโมเลกุล H ₂ O ดังนั้นโมเมนต์ไดโพลที่เกิดจากการเพิ่มμC-H ทั้งสองนี้จะยกเลิก กับอีกครึ่งหนึ่ง ดังนั้นμCH ₄จึงมีค่าเป็น 0D

อ้างอิง

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
2. วอลเตอร์เจมัวร์ (1963) เคมีกายภาพ. ในจลนศาสตร์เคมี. รุ่นที่สี่ Longmans
3. อิราเอ็น. เลวีน. (2009) หลักฟิสิกส์เคมี. พิมพ์ครั้งที่หก, หน้า 479-540 Mc Graw Hill
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 มกราคม 2563). นิยามช่วงเวลาไดโพล ดึงมาจาก: thoughtco.com
5. Blaber Mike. (29 กันยายน 2562). ไดโพลโมเมนต์ เคมี LibreTexts สืบค้นจาก: chem.libretexts.org
6. LaRita Williams (2020) ไดโพลโมเมนต์: นิยามสมการและตัวอย่าง ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com
7. วิกิพีเดีย (2020) โมเมนต์ไดโพลของบอนด์ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org