Tabla de Contenidos
การทำความเข้าใจเกี่ยวกับขั้วของโมเลกุลและสามารถทำนายว่าโมเลกุลใดมีขั้วและไม่มีขั้วเป็นทักษะพื้นฐานอย่างหนึ่งที่นักเรียนเคมีพื้นฐานคาดว่าจะพัฒนา การทำนายความเป็นขั้วช่วยให้เราเข้าใจคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น จุดหลอมเหลวและจุดเดือด ตลอดจนความสามารถในการละลายของสารเคมีอีกชนิดหนึ่ง
ขั้วของโมเลกุลเกี่ยวข้องกับวิธีการกระจายประจุไฟฟ้าทั่วโครงสร้าง โมเลกุลมีขั้วเมื่อมีโมเมนต์ไดโพลสุทธิ ซึ่งหมายความว่าส่วนหนึ่งของโมเลกุลมีความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าลบสูงกว่าในขณะที่อีกส่วนหนึ่งของโมเลกุลมีความหนาแน่นของประจุบวกสูงกว่า ทำให้เกิดไดโพลไฟฟ้า ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้โมเลกุลมีขั้ว
พูดง่ายๆ ก็คือ โมเลกุลจะมีขั้วหากมีพันธะที่มีขั้ว (ซึ่งมีโมเมนต์ไดโพล) และถ้าโมเมนต์ไดโพลของพันธะเหล่านั้นไม่หักล้างกัน ในทางกลับกัน โมเลกุลจะไม่มีขั้วหรือไม่มีขั้วถ้าไม่มีพันธะที่มีขั้ว หรือมี แต่โมเมนต์ไดโพลหักล้างกัน
พันธะแบบมีขั้วและไม่มีขั้ว
เพื่อให้โมเลกุลมีขั้วได้ จะต้องมีพันธะมีขั้ว ซึ่งเป็นพันธะโควาเลนต์ประเภทหนึ่งที่ก่อตัวขึ้นระหว่างธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่างกันระหว่าง 0.4 และ 1.7
ตารางต่อไปนี้แสดงพันธะประเภทต่างๆ ที่สามารถก่อตัวขึ้นระหว่างอะตอมสองอะตอมตามค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอม:
| ประเภทลิงค์ | ความต่างศักย์ไฟฟ้า | ตัวอย่าง |
| พันธะไอออนิก | >1.7 | โซเดียมคลอไรด์; ลิฟ |
| พันธะขั้วโลก | ระหว่าง 0.4 และ 1.7 | โอ้; HF; เอ็นเอช |
| พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว | <0.4 | ช; เข้าใจแล้ว |
| พันธะโควาเลนต์บริสุทธิ์หรือไม่มีขั้ว | เอช เอช ; โอ้; เอฟ.เอฟ |
ตัวอย่างของพันธะมีขั้ว
ลิงค์ CO
ลิงค์ซีเอ็น
C=O พันธบัตร
ความเป็นขั้วและเรขาคณิตของโมเลกุล
ควรสังเกตว่าข้อเท็จจริงเพียงอย่างเดียวของการมีพันธะมีขั้วไม่ได้รับประกันว่าโมเลกุลจะมีขั้ว เนื่องจากการที่สิ่งนี้จะเกิดขึ้น โมเลกุลทั้งหมดจะต้องมีโมเมนต์ไดโพลสุทธิ ด้วยเหตุผลนี้ เมื่อวิเคราะห์โมเลกุลเพื่อระบุว่ามีขั้วหรือไม่ จึงต้องคำนึงถึงรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุล ซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าวิธีการที่อะตอมทั้งหมดที่ประกอบกันเป็นโมเลกุลอยู่ในอวกาศ
ตัวอย่างที่ใช้: โมเลกุลของน้ำ
โมเลกุลของน้ำอาจเป็นโมเลกุลที่มีขั้วที่คุ้นเคยที่สุด แต่ทำไมมันถึงมีขั้ว? ประการแรก โมเลกุลของน้ำมีพันธะโคเวเลนต์ OH สองพันธะที่เป็นพันธะมีขั้ว (นั่นคือ พวกมันมีโมเมนต์ไดโพล)
แต่โมเลกุลอื่นๆ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ ก็มีพันธะสองขั้วเช่นกัน แต่ไม่มีขั้ว สิ่งนี้นำไปสู่สาเหตุที่สองที่อยู่เบื้องหลังความมีขั้วของโมเลกุลของน้ำ: มันมีรูปทรงเรขาคณิตเชิงมุม
ข้อเท็จจริงที่ว่าพันธะทั้งสองในโมเลกุลของน้ำไม่ได้เรียงตัวกันเหมือนในโมเลกุลเชิงเส้นแต่ทำมุมกัน ทำให้แน่ใจว่าโมเมนต์ไดโพลของพวกมันไม่สามารถหักล้างกันได้
รูปต่อไปนี้แสดงรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลน้ำและวิธีการหาผลรวมเวกเตอร์ของโมเมนต์ไดโพลเพื่อหาว่ามีโมเมนต์ไดโพลสุทธิหรือไม่
ผลรวมของโมเมนต์ไดโพลทำให้ได้โมเมนต์ไดโพลสุทธิที่ผ่านจุดศูนย์กลางของโมเลกุลที่ชี้ไปยังออกซิเจน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีประจุไฟฟ้าลบมากที่สุดในปัจจุบัน
ตัวอย่างของโมเลกุลมีขั้ว
มีสารประกอบหลากหลายชนิดที่เกิดจากโมเลกุลมีขั้ว นี่คือรายการสั้น ๆ ของพวกเขาบางส่วน:
| โมเลกุล | สูตร | พันธะขั้วโลก |
| เอทิลอะซิเตต | CH 3โค้ช2 CH 3 | CO; C=โอ |
| อะซิโตน | (CH3 ) 2C = O | C=โอ |
| อะซิโตไนไตรล์ | ช3ฉ | ซี.เอ็น |
| กรดน้ำส้ม | CH3COOH _ _ | CO; C=O และ OH |
| น้ำ | เอชทูโอ_ _ | โอ้ |
| แอมโมเนีย | NH3 _ | เอ็นเอช |
| ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ | (CH 3 ) 2คสช | C=O; ซี.เอ็น |
| ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ | ( CH3 ) 2สอ _ | Y=O |
| ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ | SO2 _ | Y=O |
| เอทานอล | CH3CH2 –โอ้_ _ | CO; โอ้ |
| ฟีนอล | C6H5 –โอ้_ _ | CO; โอ้ |
| ไอโซโพรพานอล | (CH3) 2CH –OH | CO; โอ้ |
| เมทานอล | CH3 –โอ้ | CO; โอ้ |
| เมทิลลามีน | CH3NH2 _ _ _ | CN; เอ็นเอช |
| เอ็น-โพรพานอล | CH3CH2CH2 – โอ้_ _ _ _ | CO; โอ้ |
| ไฮโดรเจนซัลไฟด์ | เอช2เอส | ช |
ตัวอย่างของโมเลกุลไม่มีขั้วหรือไม่มีขั้ว
เช่นเดียวกับที่มีโมเลกุลที่มีขั้วจำนวนมาก โมเลกุลที่ไม่มีขั้วก็มีจำนวนมากเช่นกัน ในการเริ่มต้น โมเลกุลที่มีพันธะโควาเลนต์ที่บริสุทธิ์ที่สุด (มีขั้วน้อยที่สุด) คือธาตุไดอะตอมแบบโฮโมนิวเคลียร์:
| โมเลกุล | สูตร |
| โบรมีนโมเลกุล | 2 _ |
| คลอรีนโมเลกุล | cl 2 |
| ฟลูออรีนโมเลกุล | F2 _ |
| โมเลกุลไฮโดรเจน | ชั่วโมง_ |
| โมเลกุลไนโตรเจน | # 2 |
| โมเลกุลออกซิเจน | หรือ2 |
| ไอโอดีนโมเลกุล | ฉัน2 |
นอกจากสปีชีส์เหล่านี้แล้ว ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของโมเลกุลที่ซับซ้อนอื่นๆ ที่ยังไม่มีขั้วหรือไม่มีขั้ว:
| โมเลกุล | สูตร |
| อะเซทิลีน | ซีทูเอชทู_ _ _ |
| น้ำมันเบนซิน | ค6H6 _ _ _ |
| ไซโคลเฮกเซน | ค6ห12 |
| ไดเมทิลอีเทอร์ | ( CH3 ) 2O _ |
| คาร์บอนไดออกไซด์ | คาร์บอนไดออกไซด์_ |
| อีเทน | C2H6 _ _ _ |
| เอทิลอีเทอร์ | (ช3ช2 ) 2อ |
| เอทิลีน | C2H4 _ _ _ |
| เฮกเซน | ค6ห14 |
| มีเทน | ช4 |
| คาร์บอนเตตระคลอไรด์ | ซีซีไอ4 |
| โทลูอีน | ค6 H 5 CH 3 |
| ไซลีน | ค6 H 4 (CH 3 ) 2 |
ในที่สุด อะโพลาร์สปีชีส์อื่นๆ สอดคล้องกับก๊าซมีตระกูล (ฮีเลียม นีออน อาร์กอน คริปทอน และซีนอน) แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นองค์ประกอบเชิงโมนามิก ไม่ใช่โมเลกุล เนื่องจากพวกมันไม่มีพันธะ พวกมันจึงไม่มีขั้ว ดังนั้นพวกมันจึงไม่มีขั้วโดยสิ้นเชิง
อ้างอิง
แครีย์ เอฟ และจูเลียโน อาร์ (2014) เคมีอินทรีย์ ( ฉบับ ที่ 9 ) มาดริด, สเปน: McGraw-Hill Interamericana de España SL
Chang, R., & Goldsby, KA (2012) เคมี ฉบับที่ 11 (ฉบับที่ 11) นิวยอร์กซิตี้ นิวยอร์ก: McGraw-Hill Education
โครงสร้างโมเลกุลและขั้ว (2563, 30 ตุลาคม). สืบค้นจากhttps://espanol.libretexts.org/@go/page/1858
แรงระหว่างโมเลกุล (2563, 30 ตุลาคม). สืบค้นจากhttps://espanol.libretexts.org/@go/page/1877
Smith, MB, & March, J. (2544). เคมีอินทรีย์ขั้นสูงของเดือนมีนาคม: ปฏิกิริยา กลไก และโครงสร้าง ฉบับที่ 5 (ฉบับที่ 5) โฮโบเกน นิวเจอร์ซีย์: Wiley-Interscience
