ขั้ว (เคมี): โมเลกุลขั้วและตัวอย่าง - เคมี

ขั้วเคมีเป็นคุณสมบัติที่โดดเด่นด้วยการปรากฏตัวของการทำเครื่องหมายที่แตกต่างกันการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในโมเลกุล ในโครงสร้างของมันจึงมีบริเวณที่มีประจุลบ (δ-) และอื่น ๆ ที่มีประจุบวก (δ +) สร้างโมเมนต์ไดโพล

โมเมนต์ไดโพล (µ) ของพันธะเป็นรูปแบบของการแสดงออกของขั้วของโมเลกุล โดยปกติจะแสดงเป็นเวกเตอร์ที่มีจุดกำเนิดอยู่ในประจุ (+) และจุดสิ้นสุดของมันจะอยู่ในประจุ (-) แม้ว่านักเคมีบางคนจะแสดงในทางกลับกันก็ตาม

แผนที่ศักย์ไฟฟ้าสถิตสำหรับโมเลกุลของน้ำ ที่มา: Benjah-bmm27 จาก Wikipedia

ภาพบนแสดงแผนที่ศักย์ไฟฟ้าสถิตสำหรับน้ำ H ₂ O บริเวณที่มีสีแดง (อะตอมของออกซิเจน) ตรงกับบริเวณที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุดและยังสามารถเห็นได้ว่าสิ่งนี้โดดเด่นบนบริเวณสีน้ำเงิน (อะตอมของไฮโดรเจน ).

เนื่องจากการกระจายของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนดังกล่าวมีความแตกต่างกันจึงมีการกล่าวว่ามีขั้วบวกและขั้วลบ นั่นคือเหตุผลที่เราพูดถึง 'ขั้ว' ทางเคมีและโมเมนต์ไดโพล

ไดโพลโมเมนต์

โมเมนต์ไดโพล µ ถูกกำหนดโดยสมการต่อไปนี้:

µ = δ·ง

โดยที่δคือประจุไฟฟ้าของแต่ละขั้วบวก (+ δ) หรือลบ (–δ) และ d คือระยะห่างระหว่างขั้วทั้งสอง

โมเมนต์ไดโพลมักจะแสดงเป็น debye ซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์ D หนึ่งคูลอมบ์·เมตรเท่ากับ 2.998 · 10 ²⁹ D.

ค่าของโมเมนต์ไดโพลของพันธะระหว่างอะตอมที่แตกต่างกันสองอะตอมนั้นสัมพันธ์กับความแตกต่างของอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมที่สร้างพันธะ

สำหรับโมเลกุลที่มีขั้วมันไม่เพียงพอที่จะมีพันธะเชิงขั้วในโครงสร้างของมัน แต่ก็ต้องมีรูปทรงเรขาคณิตที่ไม่สมมาตรด้วย ในลักษณะที่ป้องกันโมเมนต์ไดโพลจากเวกเตอร์ยกเลิกซึ่งกันและกัน

ไม่สมมาตรในโมเลกุลของน้ำ

โมเลกุลของน้ำมีพันธะ OH สองพันธะ เรขาคณิตของโมเลกุลเป็นเชิงมุมนั่นคือรูปร่างเหมือนตัว "V"; ดังนั้นโมเมนต์ไดโพลของพันธะจะไม่ตัดซึ่งกันและกันออก แต่ผลรวมของพวกมันถูกสร้างขึ้นโดยชี้ไปที่อะตอมของออกซิเจน

แผนที่ศักย์ไฟฟ้าสถิตสำหรับ H ₂ O สะท้อนถึงสิ่งนี้

หากสังเกตเห็นโมเลกุลเชิงมุม HOH อาจเกิดคำถามต่อไปนี้: มันไม่สมมาตรจริงหรือ? ถ้าแกนจินตภาพถูกดึงผ่านอะตอมออกซิเจนโมเลกุลจะแบ่งออกเป็นสองส่วนเท่า ๆ กัน: HOOH

แต่จะไม่เป็นเช่นนั้นหากแกนจินตภาพเป็นแนวนอน เมื่อแกนนี้แบ่งโมเลกุลกลับออกเป็นสองซีกคุณจะมีอะตอมของออกซิเจนอยู่ด้านหนึ่งและอะตอมของไฮโดรเจนสองอะตอมอยู่อีกด้านหนึ่ง

ด้วยเหตุนี้ความสมมาตรที่ชัดเจนของ H ₂ O จึงสิ้นสุดลงดังนั้นจึงถือว่าเป็นโมเลกุลที่ไม่สมมาตร

โมเลกุลมีขั้ว

โมเลกุลที่มีขั้วจะต้องเป็นไปตามลักษณะต่างๆเช่น:

- การกระจายประจุไฟฟ้าในโครงสร้างโมเลกุลไม่สมมาตร

- มักละลายได้ในน้ำ เนื่องจากโมเลกุลมีขั้วสามารถโต้ตอบโดยแรงไดโพล - ไดโพลซึ่งน้ำมีลักษณะเป็นไดโพลโมเมนต์ขนาดใหญ่

นอกจากนี้ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของมันยังสูงมาก (78.5) ซึ่งช่วยให้สามารถแยกประจุไฟฟ้าออกจากกันทำให้เพิ่มความสามารถในการละลาย

- โดยทั่วไปโมเลกุลที่มีขั้วมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง

กองกำลังเหล่านี้ประกอบด้วยปฏิสัมพันธ์ของไดโพล - ไดโพลกองกำลังกระจายตัวของลอนดอนและการสร้างพันธะไฮโดรเจน

- เนื่องจากประจุไฟฟ้าทำให้โมเลกุลมีขั้วสามารถนำไฟฟ้าได้

ตัวอย่าง

สว

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO ₂ ) ออกซิเจนมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเท่ากับ 3.44 ในขณะที่ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของกำมะถันเท่ากับ 2.58 ดังนั้นออกซิเจนจึงเป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่ากำมะถัน มีพันธะ S = O สองตัว O มีประจุδ-และ S มีประจุδ +

เนื่องจากเป็นโมเลกุลเชิงมุมที่มี S อยู่ที่จุดยอดโมเมนต์ไดโพลทั้งสองจึงมีทิศทางไปในทิศทางเดียวกัน ดังนั้นพวกมันจึงรวมกันทำให้โมเลกุล SO _{2 มี}ขั้ว

CHCl

คลอโรฟอร์ม (HCCl ₃ ) มีพันธะ CH หนึ่งพันธบัตรและพันธะ C-Cl สามพันธะ

ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของ C คือ 2.55 และค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของ H คือ 2.2 ดังนั้นคาร์บอนจึงเป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่าไฮโดรเจน ดังนั้นช่วงเวลาที่ขั้วจะมุ่งเน้นจาก H (δ +) ต่อ C (δ-): C ^δ- -H ^δ+

ในกรณีของพันธะ C-Cl C มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเท่ากับ 2.55 ในขณะที่ Cl มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเท่ากับ 3.16 ขั้วเวกเตอร์หรือไดโพลช่วงเวลาที่เป็นเชิงจาก C ไป Cl ในสาม C ^{δ +} -Cl ^δ-พันธบัตร

เนื่องจากมีบริเวณที่ไม่ได้รับอิเล็กตรอนรอบอะตอมของไฮโดรเจนและบริเวณที่อุดมด้วยอิเล็กตรอนซึ่งประกอบด้วยอะตอมของคลอรีนทั้งสาม CHCl ₃จึงถือเป็นโมเลกุลที่มีขั้ว

HF

ไฮโดรเจนฟลูออไรด์มีพันธะ HF เพียงพันธะเดียว ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของ H คือ 2.22 และค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของ F เท่ากับ 3.98 ดังนั้นฟลูออรีนปลายกับความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุดและความผูกพันระหว่างทั้งสองอะตอมอธิบายที่ดีที่สุด: H ^{δ +} -F δ-

NH

แอมโมเนีย (NH ₃ ) มีพันธะ NH สามพันธะ อิเล็กโทรเนกาติวิตีของ N คือ 3.06 และค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของ H คือ 2.22 ในพันธะทั้งสามความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะมุ่งเน้นไปที่ไนโตรเจนซึ่งจะสูงขึ้นจากการมีอิเล็กตรอนอิสระคู่หนึ่ง

โมเลกุล NH ₃เป็นเตตระฮีดอลโดยที่อะตอม N ครอบครองจุดยอด โมเมนต์ไดโพลทั้งสามซึ่งสอดคล้องกับพันธะ NH มีทิศทางไปในทิศทางเดียวกัน ในพวกเขาδ-ตั้งอยู่ใน N, และδ + ในเอชดังนั้นพันธบัตรที่มี: N ^δ- -H ^δ+

โมเมนต์ไดโพลความไม่สมมาตรของโมเลกุลและอิเล็กตรอนคู่อิสระบนไนโตรเจนทำให้แอมโมเนียเป็นโมเลกุลที่มีขั้วสูง

โมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีความแตกต่างกัน

เมื่อโมเลกุลมีขนาดใหญ่มากก็ไม่แน่ใจอีกต่อไปที่จะจัดประเภทเป็นอโพลาร์หรือมีขั้ว เนื่องจากอาจมีบางส่วนของโครงสร้างที่มีทั้งลักษณะ apolar (ไม่ชอบน้ำ) และขั้ว (ชอบน้ำ)

สารประกอบประเภทนี้เรียกว่า Amphiphiles หรือ Amphipathics เนื่องจากส่วนอะโพลาร์ถือได้ว่าเป็นอิเล็กตรอนที่ไม่ดีเมื่อเทียบกับส่วนที่มีขั้วจึงมีขั้วอยู่ในโครงสร้างและสารประกอบแอมฟิฟิลิกถือเป็นสารประกอบที่มีขั้ว

โดยทั่วไปแล้วโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีเฮเทอโรอะตอมสามารถคาดได้ว่าจะมีโมเมนต์ไดโพลและมีขั้วทางเคมี

เฮเทอโรอะตอมเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นสิ่งที่แตกต่างจากที่ประกอบเป็นโครงกระดูกของโครงสร้าง ตัวอย่างเช่นโครงกระดูกคาร์บอนมีความสำคัญทางชีวภาพมากที่สุดและอะตอมที่คาร์บอนสร้างพันธะ (นอกเหนือจากไฮโดรเจน) เรียกว่าเฮเทอโรอะตอม

อ้างอิง

Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
ศ. กฤษ ณ . (2007) สารประกอบที่มีขั้วและไม่มีขั้ว วิทยาลัยชุมชนเซนต์หลุยส์. กู้คืนจาก: users.stlcc.edu
Murmson, Serm. (14 มีนาคม 2561). วิธีการอธิบายขั้ว Sciencing ดึงมาจาก: sciencing.com
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (05 ธันวาคม 2561). นิยามและตัวอย่างพันธะโพลาร์ (Polar Covalent Bond) ดึงมาจาก: thoughtco.com
วิกิพีเดีย (2019) ขั้วเคมี. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
Quimitube (2012) พันธะโควาเลนต์: ขั้วพันธะและขั้วโมเลกุล สืบค้นจาก: quimitube.com

ขั้ว (เคมี): โมเลกุลขั้วและตัวอย่าง - เคมี - 2026