مولکول قطبی چیست؟ – به زبان ساده

مولکول‌ها را می‌توان به دو دسته اصلی مولکول قطبی و ناقطبی تقسیم کرد. برخی از مولکول‌ها به طور مشخص قطبی و برخی دیگر ناقطبی هستند و برخی دیگر نیز در بین این دو دسته قرار می‌گیرند. در این مطلب از مجله فرادرس به بررسی قطبیت مولکول می‌پردازیم و می‌آموزیم که این نوع مولکول چیست و تفاوت مولکول قطبی و ناقطبی را بررسی خواهیم کرد.

مولکول قطبی چیست؟

مولکول قطبی به مولکولی گفته می‌شود که در آن بار الکتریکی به صورت یکنواخت توزیع نشده باشد. این نابرابری در توزیع بار باعث می‌شود یک بخش از مولکول دارای بار جزئی منفی $$\delta^-$$ و بخش دیگر دارای بار جزئی مثبت $$\delta^+$$ باشد. قطبی بودن مولکول معمولا به دلیل اختلاف الکترونگاتیوی اتم‌ها و شکل هندسی مولکول ایجاد می‌شود. هرچه اختلاف الکترونگاتیوی بین اتم‌های تشکیل‌دهنده بیشتر باشد، احتمال تشکیل این نوع مولکول نیز افزایش می‌یابد.

یکی از شناخته‌شده‌ترین مثال‌های این نوع مولکول، آب $$(H_2O)$$ است. در این مولکول، اتم اکسیژن الکترونگاتیوی بیشتری نسبت به هیدروژن دارد و الکترون‌های پیوندی را بیشتر به سمت خود جذب می‌کند. همچنین، به دلیل خمیده بودن ساختار مولکول، اثر پیوندهای قطبی خنثی نمی‌شود و در نتیجه آب یک مولکول قطبی است. در مقابل، مولکول دی اکسید کربن $$(CO_2)$$ با وجود داشتن پیوندهای قطبی، به دلیل ساختار خطی و تقارن مولکول، یک مولکول غیرقطبی محسوب می‌شود. این تفاوت نشان می‌دهد که برای تشخیص قطبی یا غیرقطبی بودن مولکول، علاوه بر نوع پیوندها باید شکل هندسی مولکول نیز بررسی شود.

قطبیت مولکول

تشخیص مولکول قطبی

فیلم آموزش شیمی ۱ – پایه دهم در فرادرس

کلیک کنید

اما مولکول قطبی مولکولی است که یک سر آن مقدار جزئی مثبت و سر دیگر مقداری جزئی منفی باشد.

مثال ۱: مولکول HF

مثال ۲: قطبیت آب و کربن دی اکسید

اما مولکول آب، مولکولی خمیده است زیرا دو جفت‌الکترون ناپیوندی بر روی اتم اکسیژن مرکزی قرار دارد. جهت ممان دوقطبی نیز از اتم هیدروژن به طرف اتم اکسیژن است. به دلیل شکل مولکول، گشتاورهای دوقطبی یکدیگر را خنثی نمی‌کنند و در نتیجه، مولکول آب، مولکول قطبی به شمار می‌آید. در تصویر زیر، ممان برآیند (خالص) با رنگ آبی نشان داده شده است.

سه نوع دیگر نیز در تصویر زیر نشان داده شده که جهت گشتاور دوقطبی در آن‌ها به طرف مولکول با چگالی الکترونی بیشتر است. مشاهده می‌کنید که همانند مولکول آب، هیچیک از گشتاورهای دوقطبی یکدیگر را خنثی نمی‌کنند.

بنابراین، برای این‌که مولکولی را به عنوان مولکول قطبی در نظر بگیریم باید شرایط زیر برقرار باشند:

• مولکول شامل حداقل یک پیوند کووالانسی قطبی باشد.
• ساختار مولکولی داشته باشیم که برآیند بردارهای گشتاور دوقطبی، یکدیگر را خنثی نکنند.

نحوه تشخیص مولکول قطبی و ناقطبی

به کمک ۵ مرحله زیر می‌توانید قطبی یا ناقطبی بودن یک مولکول را مشخص کنید. این مراحل در ادامه آمده‌اند.

• ساختار لوویس را رسم کنید.
• با استفاده از نظریه VSEPR،‌ هندسه مولکولی (ساختار سه‌بعدی) را مشخص کنید.
• شکل مولکول را تجسم یا آن‌را رسم کنید.
• گشتاور دوقطبی خالص را بیابید.
• اگر گشتاور خالص برابر با صفر بود، مولکول ناقطبی داریم و در غیر اینصورت، مولکول قطبی خواهیم داشت.

تفاوت بین مولکول قطبی و ناقطبی

مولکول‌ها را می‌توان در دو دسته بزرگ مولکول‌های قطبی و ناقطبی تقسیم کرد. قطبیت مولکول همانطور که در بالا مشاهده کردید، توزیع بار الکتریکی اطراف مولکول را مشخص می‌کند. در یک مولکول ناقطبی، بار الکتریکی به طور مساوی در بین اتم‌ها تقسیم شده و این درحالی است که در این نوع مولکول، این تقسیم بار به شکل مساوی انجام نمی‌گیرد. به بیان دیگر، یک مولکول قطبی دارای بار جزئی مثبت و منفی است.

در ادامه، مثال‌‌هایی از مولکول ناقطبی و قطبی را ذکر می‌کنیم.

مولکول قطبی

یک مولکول قطبی دارای یک دوقطبی است؛ یعنی دارای بخشی با بار جزئی مثبت و بخشی با بار جزئی منفی است. این نوع مولکول به طور معمول شکلی نامتقاران دارد و شامل جفت‌الکترون ناپیوندی است یا این‌که اتم مرکزی به اتم‌هایی با مقادیر الکترونگاتیوی مختلف، پیوند دارد.

فیلم آموزش مولکول‌ قطبی و غیرقطبی در فرادرس

کلیک کنید

در زیر، نمونه‌هایی از مولکول قطبی آورده شده است.

• آب
• آمونیاک
• دی‌اکسید گوگرد
• سولفید هیدروژن
• مونواکسید کربن
• هیدروفلوئوریک اسید
• اتانول
• ساکاروز

مولکول ناقطبی

مولکول‌های ناقطبی زمانی شکل می‌گیرند که یا الکترون‌ها به طور مساوی بین اتم‌ها در یک مولکول توزیع شده باشند یا این‌‌که مولکولی متقارن داشته باشیم به شکلی که گشتاورهای دوقطبی یکدیگر را خنثی کنند. در زیر ، مثال‌هایی از مولکول ناقطبی آورده شده است.

• مولکول‌های جورهسته مانند $$H_2$$ و $$N_2$$ و $$O_2$$ و $$Cl_2$$
• دی‌اکسید کربن
• بور تری‌فلوئورید
• بنزن $$(C_6H_6)$$
• کربن تترا کلرید $$(CCl_4)$$
• متان
• اتیلن
• هیدروکربن‌های مایع همچون گازوئیل و تولوئن
• بسیاری از مولکول‌های آلی (البته الکل و شکر استثناء محسوب می‌شوند.)

مولکول‌های ناقطبی خواص مشترکی نیز دارند. این مولکول‌‌ها در دمای اتاق، در آب انحلال‌پذیر نیستند چراکه خاصیتی آب‌گریز دارند و به همین دلیل، به خوبی در ترکیبات ناقطبی حل می‌شوند.

مولکول های ناقطبی با پیوندهای قطبی

در بسیاری از موارد، قطبیت پیوند با قطبیت مولکول، یکسان است. با این وجود، مولکول‌هایی ناقطبی با پیوندهای قطبی و مولکول‌هایی قطبی با پیوندهایی ناقطبی نیز وجود دارند. به طور مثال، بور تری‌فلوئورید مولکولی ناقطبی شامل پیوندهای کووالانسی قطبی است. شکل $$‌BF_3$$ به صورت سه‌ضلعی مسطح است که در آن، الکترون‌ها با وجود پیوند قطبی بور و فلوئور، به طور مساوی در مولکول توزیع شده‌اند.

معرفی فیلم آموزشی شیمی عمومی

از آن‌جایی که شیمی عمومی از جمله دروس پایه‌ای در دبیرستان و دانشگاه به شمار می‌آید، «فرادرس» دوره آموزشی ۸ ساعت و ۲۴ دقیقه‌ای را در قالب ۱۴ درس فراهم کرده است که در ادامه به توضیح دروس آن خواهیم پرداخت.

فیلم آموزش شیمی عمومی در فرادرس

کلیک کنید

قطبیت و امتزاج پذیری

از قطبیت مولکول می‌توان برای پیش‌بینی امتزاج‌پذیری دو ترکیب مختلف استفاده کرد. طبق یک قانون کلی، «شبیه، شبیه را در خود حل می‌کند». این عبارت بدین معناست که حلال‌های قطبی، حل‌شونده‌های قطبی را در خود حل می‌کنند و حلال‌های ناقطبی نیز سبب انحلال حل‌شونده‌های ناقطبی می‌شوند. به همین دلیل است که الکل و آب که هر دو قطبی هستند، به خوبی در یکدیگر حل می‌شوند و آب و روغن در یکدیگر امتزاج‌ناپذیرند.

ترکیبی که قطبیت آن بین دو حالت قطبی و ناقطبی باشد را می‌توان برای حل کردن مواد شیمیایی بکار برد که در حالت عادی در یکدیگر حل نمی‌شوند. به طور مثال، برای مخلوط کردن یک ترکیب یونی یا قطبی در یک حلال غیرقطبی می‌توان آن‌را ابتدا در اتانول حل کرد. اتانول ترکیبی با قطبیت کم است اما این قطبیت پایین برای انحلال حل‌شونده کفایت می‌کند. بعد از اینکه این نوع مولکول در اتانول حل شد،‌ محلول اتانول را می‌توان در یک حلال ناقطبی مثل زایلین یا بنزن حل کرد.

فلش کارت مولکول قطبی

در ادامه، مهم‌ترین نکات مربوط به مولکول قطبی در قالب فلش‌کارت آورده شده است. با کلیک بر روی هر تصویر می‌توانید نکات مربوط به هر تصویر را مشاهده کنید.

قبلی

۱/۷

بعدی