قطبية كيميائية
تشير القطبية الكيميائية Chemical polarity عادةً إلى فصل الشحنات الكهربائية جزئيا في الجزيئ مؤدية إلى أكتسابه لعزم ثنائي القطب أوعزم متعدد القطبية. تترابط الجزئيئات القطبية من خلال قوى بين جزيئية قطبية والرابطة الهيدروجينية. تعتمد القطبية الجزيئة على اختلاف السالبية الكهربائية للذرات المتنوعة المكونة للجزيئ. عملى سبيل المثال يعتبر الماء مركب قطبي بسبب عدم التوازن في التوزيع الإلكتروني في ترابط الهيدروجين مع الأكسجين ، بينما يعتبر الميثان مركب غير قطبي بسبب التوازن في التقاسم الإلكتروني بين الكربون والهيدروجين. تؤثر القطبية الكهربائية على الكثير من الخصائص مثل التوتر السطحي والانحلالية إضافة إلى نقطتي الغليان والانصهار.
النتائج
تنتج عن نظرية القطبية الكيميائية ظواهر عديدة، فهي تفسر مثلا سبب قدرة بعض الحشرات حتى تطفوعلى سطح الماء، وتفسر سبب تجمد المسطحات المائية من السطح ثم إلى الأسفل. فقطبية جزيئات الماء تجعل لها خواص ذات أهمية.
النظرية
عندما تترابط ذرتين فقد ينجم هذا الترابط عن رابطة لاقد يكون تقاسم الإلكترونات بشكل متوازن بين الذرتين. حيث تجذب إحدى الذرتين السحابة الإلكترونية باتجاها أكثر من الأخرى ويطلق ذلك اسم الكهرسلبية. وعدم وجود توازن في توزع الإلكترونات ضمن الروابط يؤدي إلى نشأة القطبية . وبالتالي يمكن تقسيم الجزيئات إلى شوارد موجبة أوشوارد (أيونات) سالبة ؛ ويرمز للشوارد الموجبة بـ δ+ ويرمز للشوارد السالبة δ−.
كان أول من أدخل هذا الترميز كريستوفر إينغولد وزوجته في سنة 1962.
تسحب الذرات ذات الكهرسلبية العالية مثل الأكسجين والفلور والنتروجين الإلكترونات إليها من الذرات ذات الكهرسلبية الأقل . وفي حال الترابط بين هذه الذرات فإن الإلكترونات ستقترب أكثر إلى الذرات ذات الكهرسلبية العالية.
وبالتالي يمكن حتى تكون الروابط إما روابط قطبية أوروابط بدون قطبية. وتنتج الروابط بدون القطبية عندماقد يكون فرق الكهرسلبية بين الذرتين المرتبطتين صفرا. في حين الروابط القطبية تحدث عندماقد يكون فرق الكهرسلبية كبير بحيث تجذب الذرة ذات الكهرسلبية العالية الإلكترون . لتحديد القطبية رياضياً يتم حساب فرق الكهرسلبية بين الذرتين فإذا كان هذا الفرق بين 0.4 و1.7 فإن الرابطة تعتبر قطبية.
القطبية في الجزيئات
يمكن وصف جزيئات بأنها ذات "روابط قطبية" أو"روابط لاقطبية" .إلا حتى هذا التعميم هوأمر نسبي في كثير من الأحيان. ومع ذلك ، فإن الخصائص التالية هي نموذجية لمثل هذه الجزيئات.
الجزيئات القطبية
من الأمثلة الشائعة على الجزيئات القطبية المنزلية السكر ، والاسم الفهمي للسكر سكروز حيث يتكون جزيئه من ارتباط جزيء فركتوز مع جزيء جلوكوز . ويحوي السكروز على الكثير من الروابط القطبية بين الأكسجين والهيدروجين (- OH) .
ونظرا للطبيعة القطبية لجزيء الماء (H2O) فهومذيب جيد . كذلك فالجزيئات القطبية عادة تستطيع الذوبان في الماء.
يملك السكروز الكثير من قطبيات -OH
الماء محل قطبي
- مثال 2 مركب فلوريد الهيدروجين HF هوجزيء قطبي حيث إلكترونات الرابطة تميل باتجاه ذرة الفلور.
- مثال ثلاثة مركب الأمونيا يملك ثلاثة روابط بين ثلاث ذرات هيدروجين وذرة النتروجين ؛ ويعتبر قليل القطبية حيث تنزاح الإلكترونات قليلاً إلى ناحية النتروجين . لكن هذا الجزيء يحوي إلكترونين وحيدين يدوران في مدار وتقع هذه النقطة في قمة رباعي الوجوه، وهذه السحابة الإلكترونية لا تشارك في رابطة المركب مما ينتج عنه قطبية قوية لمركب الأمونيا.
- مثال أربعة مركب الأوزون يهجرب من رابطتين أكسجينتين O-O لاقطبيتين لكن عند إضافة ذرة ثالثة إلى المركب لتشكيل الأوزون نحصل على لا تجانس في الإلكترونات حيث تشارك الذرة المركزية إلكتروناتها مع ذرتين أخرتين، في حين حتى جميع من الذرتين الطرفيتين تشارك إلكتروناتها مع ذرة واحدة مما يؤدي إلى حتى الذرة المركزية تكون شحنتها +1 في حين جميع من الطرفيتين -1/2
يظهر في الشكل ذرة الفلوريد ذات الكهرسلبية الأعلى باللون الأصفر في مركب فلوريد الهيدروجين
تبين المنطقة الحمراء في مركب الفوريد الهيدروجين المنطقة المشحونة بشحنة سالبة
الإلكترونين الوحيدين يظهران باللون الأصفر في قمة هجريب رباعي الوجوه في الأمونيا
يبين اللون الأحمر الشحنة السالبة في الأمونيا
الأوزون
الجزيئات غير القطبية
قد يحدث جزيء ما غير قطبي لوجود راوبط لا قطبية (عندماقد يكون هناك تقاسم متساوللإلكترونات بين الذرات أوبسبب الترتيب المتناظر للروابط القطبية (كل رابطتيين تعادلان بعضهما البعض كهربائيا.)
من الأمثلة على المركبات غير القطبية نذكر الدهون والزيوت والبنزين. ولذلك معطم الجزيئات غير القطبية هي مركبات غير قابلة للذوبان في الماء عند درجة حرارة الغرفة. لكن الكثير من المذيبات العضوية غير القطبية ، مثل التربنتين، تكون قادرة على حل المواد القطبية.
عند المقارنة بين جزيء قطبي وغير قطبي لهما نفس الكتلة المولية،قد يكون للجزيء القطبي عموما نقطة غليان أعلى ، بسبب التفاعل بين ثنائي القطب. الشكل الأكثر شيوعا من هذا النوع من التفاعل هوالرابطة الهيدروجينية .
- مثال أربعة في مركب الميثان تتوزع الروابط الهيدروجينية لأربع ذرات هيدروجين حول ذرة الكربون على شكل رباعي وجوه، وبما حتى جميع رابطة تملك قطبية قليلة والتوزيع متناظر فإن مجمل روابط المركب يشكل لاقطبية
- مثالخمسة في مركب ثلاثي فلوريد البورون توجد ثلاث روابط قطبية موزعة هذه الروابط على 120 درجة وبالتالي مجمل هذه الروابط لا يشكل ثنائية قطبية.
- مثالستة مركب جزيء الأكسجين لا يحوي قطبية بسبب تجانس التوزيع الإلكتروني بين الذرتين
تتوزع الروابط القطبية في الميثان بشكل متناظر لذلك فإن المحصلة ستكون صفر
التوزيع الهرمي لذرات مركب ثلاثي فلوريد البورون ستكون محصلته لا قطبية ثنائية
الجزيئات الهجينة
هي تعبير عن جزيئات كبيرة لها نهاية واحدة برابطة قطبية ترتبط مع مجموعة أخرى لها نهاية أخرى غير قطبية وهي مؤثر سطحي جيد. يمكن حتى تساعد هذه المركبات في تشكيل المستحلبات المستقرة ، أومزيج من الماء والدهون. كما تؤدي إلى خفض التوتر السطحي بين الزيت والماء بواسطة الامتزاز في السطح التماسي للسائل-سائل.
يوجد لهذا المركب المعقد الكثير من الروابط القطبية في الجهة اليمنى وروابط غير قطبية في الجهة اليسرى مما يعطي خصائص المؤثر السطحي
نهايات إيون غروي-محب للدهن تحل في الزيت بينما النهايات المحبة للماء تبقى
الدهون الفوسفوليدية الطبيعية الفعالة التي لها وظائف بيولوجية مهمة
مبتر عرضي التي يمكن حتى يشكلها الفوسفوليد والتي يمكن حتى تشكل إيونات غروية وهي هامة في تشكيل أغشية الخلايا
تسقط القطبية الجزيئية
| الصيغة | الوصف | مثال | |
|---|---|---|---|
| قطبي | AB | جزيئات خطية | CO |
| HAx | Molecules with a single H | HF | |
| AxOH | Molecules with an OH at one end | C2H5OH | |
| OxAy | Molecules with an O at one end | H2O | |
| NxAy | Molecules with an N at one end | NH3 | |
| غير قطبي | A2 | Diatomic molecules of the same element | O2 |
| CxAy | Most carbon compounds | CO2 |
انظر أيضاً
- Polar point group
- Bond dipole moment
- Colloid
- Detergent
- Thorium monoxide has the highest known internal electric field of any molecule.
- خصائص كيميائية
المصادر
- ^ {{{1
- ^ The Origin of the "Delta" Symbol for Fractional Charges Jensen, William B. J. Chem. Educ. 2009, 86, 545. Link
وصلات خارجية
- Chemical Bonding
- Polarity of Bonds and Molecules
- Molecule Polarity
