กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 6 นาที

ขั้วทางเคมี

ใน วิชาเคมี ความ เป็นขั้ว หมาย ถึง การแยกตัวของ ประจุไฟฟ้า ส่งผลให้ โมเลกุล หรือ หมู่เคมีของโมเลกุล นั้น มี โมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า...

ขั้วทางเคมี

โมเลกุลของน้ำเป็นตัวอย่างที่ใช้กันทั่วไปในการแสดงขั้ว มีประจุสองประจุ โดยมีประจุลบอยู่ตรงกลาง (บริเวณสีแดง) และประจุบวกอยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง (บริเวณสีน้ำเงิน)

ในวิชาเคมีความเป็นขั้ว หมายถึง การแยกตัวของประจุไฟฟ้าส่งผลให้โมเลกุลหรือหมู่เคมีของโมเลกุล นั้น มีโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าโดยมีปลายด้านหนึ่งเป็นประจุลบและอีกด้านหนึ่งเป็นประจุบวก

โมเลกุลที่มีขั้วจะต้องมี พันธะที่มีขั้วอย่างน้อยหนึ่งพันธะเนื่องจากความแตกต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างอะตอมที่เชื่อมต่อกัน โมเลกุลที่มีพันธะที่มีขั้วจะไม่มีขั้วหากไดโพลของพันธะหักล้างกันเองด้วยสมมาตร

โมเลกุลที่มีขั้วจะเกิดปฏิสัมพันธ์กันผ่านแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล แบบไดโพล-ไดโพล และพันธะไฮโดรเจนความเป็นขั้วเป็นพื้นฐานของสมบัติทางกายภาพหลายประการ รวมถึงแรงตึงผิวความสามารถในการละลายและจุดหลอมเหลวและจุดเดือด

ขั้วของพันธะ

ในโมเลกุลของไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี สูงกว่า ( ฟลูออรีน ) จะแสดงด้วยสีเหลือง เนื่องจากอิเล็กตรอนใช้เวลาอยู่ใกล้กับอะตอมฟลูออรีนในพันธะ H−F มากกว่า สีแดงจึงแสดงถึงบริเวณที่มีประจุลบบางส่วน ในขณะที่สีน้ำเงินแสดงถึงบริเวณที่มีประจุบวกบางส่วน

ไม่ใช่ว่าอะตอมทุกตัวจะดึงดูดอิเล็กตรอนด้วยแรงเท่ากัน ปริมาณ "แรงดึง" ที่อะตอมกระทำต่ออิเล็กตรอนเรียกว่าค่าอิเล็กโทรเนกาติวิ ตี อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิ ตีสูง เช่นฟลูออรีนออกซิเจนและไนโตรเจน  จะดึงดูดอิเล็กตรอนได้มากกว่าอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำ เช่นโลหะอัลคาไลน์และโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธในพันธะเคมี สิ่งนี้จะนำไปสู่การแบ่งปันอิเล็กตรอนที่ไม่เท่ากันระหว่างอะตอม เนื่องจากอิเล็กตรอนจะถูกดึงดูดเข้าใกล้กับอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่า

เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุลบ การแบ่งอิเล็กตรอนที่ไม่เท่ากันภายในพันธะจึงนำไปสู่การก่อตัวของไดโพลไฟฟ้า : การแยกประจุไฟฟ้าบวกและลบ เนื่องจากปริมาณประจุที่แยกในไดโพลดังกล่าวมักจะน้อยกว่าประจุพื้นฐานจึงเรียกว่าประจุบางส่วนซึ่งแสดงด้วย δ+ ( เดลต้าบวก) และ δ− (เดลต้าลบ) สัญลักษณ์เหล่านี้ได้รับการแนะนำโดยเซอร์คริสโตเฟอร์ อิงโกลด์และเอดิธ ฮิลดา (อัชเชอร์วูด) อิงโกลด์ในปี 1926 [ 1 ] [ 2 ]โมเมนต์ไดโพลของพันธะคำนวณได้จากการคูณปริมาณประจุที่แยกกับระยะห่างระหว่างประจุ

ไดโพลภายในโมเลกุลเหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยากับไดโพลในโมเลกุลอื่น ทำให้เกิดแรงระหว่างโมเลกุลแบบไดโพล-ไดโพ

การจำแนกประเภท

พันธะสามารถอยู่ระหว่างสองขั้วสุดโต่ง คือ พันธะไม่มีขั้วโดยสมบูรณ์ หรือ พันธะมีขั้วโดยสมบูรณ์ พันธะไม่มีขั้วโดยสมบูรณ์เกิดขึ้นเมื่อค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเท่ากันและมีผลต่างเป็นศูนย์ ส่วนพันธะมีขั้วโดยสมบูรณ์นั้น เรียกให้ถูกต้องกว่าว่าพันธะไอออนิกซึ่งเกิดขึ้นเมื่อผลต่างระหว่างค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากพอที่อะตอมหนึ่งจะรับอิเล็กตรอนจากอีกอะตอมหนึ่ง คำว่า "มีขั้ว" และ "ไม่มีขั้ว" มักใช้กับพันธะโคเวเลนต์นั่นคือ พันธะที่ขั้วไม่สมบูรณ์ ในการหาขั้วของพันธะโคเวเลนต์โดยใช้วิธีเชิงตัวเลข จะใช้ผลต่างระหว่างค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอม

โดยทั่วไปแล้ว ขั้วของพันธะจะถูกแบ่งออกเป็นสามกลุ่มโดยอิงจากความแตกต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างอะตอมทั้งสองที่เชื่อมต่อกัน ตามมาตราส่วนของพอลลิง :

  • พันธะไม่มีขั้วโดยทั่วไปเกิดขึ้นเมื่อความแตกต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างอะตอมทั้งสองน้อยกว่า 0.5
  • พันธะแบบมีขั้วโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นเมื่อความแตกต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างอะตอมทั้งสองอยู่ระหว่างประมาณ 0.5 ถึง 2.0
  • พันธะไอออนิกโดยทั่วไปเกิดขึ้นเมื่อความแตกต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างอะตอมทั้งสองมากกว่า 2.0

Paulingได้วางรากฐานแผนการจำแนกประเภทนี้โดยอิงจากลักษณะไอออนิกบางส่วนของพันธะ ซึ่งเป็นฟังก์ชันโดยประมาณของความแตกต่างในค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างอะตอมที่เชื่อมต่อกันสองอะตอม เขาประเมินว่าความแตกต่าง 1.7 สอดคล้องกับลักษณะไอออนิก 50% ดังนั้นความแตกต่างที่มากกว่าจะสอดคล้องกับพันธะที่มีลักษณะไอออนิกเป็นหลัก[ 3 ]

ในฐานะ คำอธิบาย ทางกลศาสตร์ควอนตัม Pauling เสนอว่าฟังก์ชันคลื่นสำหรับโมเลกุลขั้ว AB เป็นผลรวมเชิงเส้นของฟังก์ชันคลื่นสำหรับโมเลกุลโคเวเลนต์และไอออนิก: ψ = aψ(A:B) + bψ(A + B ) ปริมาณของลักษณะโคเวเลนต์และไอออนิกขึ้นอยู่กับค่าของสัมประสิทธิ์กำลังสอง a 2และb 2 [ 4 ]

โมเมนต์ไดโพลของพันธะ

แผนภาพแสดงโมเมนต์ไดโพลของพันธะของโบรอนไตรฟลูออไรด์ δ− แสดงถึงการเพิ่มขึ้นของประจุลบ และ δ+ แสดงถึงการเพิ่มขึ้นของประจุบวก โปรดสังเกตว่าโมเมนต์ไดโพลที่วาดในแผนภาพนี้แสดงถึงการเลื่อนตำแหน่งของอิเล็กตรอนวาเลนซ์เป็นจุดกำเนิดของประจุ ซึ่งมีทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าจริง

โมเมนต์ไดโพลของพันธะ[ 5 ]ใช้แนวคิดของโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าเพื่อวัดขั้วของพันธะเคมีภายในโมเลกุลเกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่มีการแยกประจุบวกและประจุลบ

ค่าไดโพลพันธะμกำหนดโดย:

.

ไดโพลพันธะถูกจำลองเป็น δ +  — δ โดยมีระยะห่างdระหว่างประจุบางส่วน δ +และ δ เป็นเวกเตอร์ที่ขนานกับแกนพันธะ ชี้จากลบไปบวก[ 6 ]ตามธรรมเนียมสำหรับเวกเตอร์ โมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า

นักเคมีมักจะวาดเวกเตอร์ที่ชี้จากบวกไปลบ[ 7 ]เวกเตอร์นี้สามารถตีความทางกายภาพได้ว่าเป็นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเมื่ออะตอมทั้งสองอยู่ห่างกันเป็นระยะdและได้รับอนุญาตให้มีปฏิสัมพันธ์กัน อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากตำแหน่งสถานะอิสระไปยังตำแหน่งที่อยู่รอบอะตอม ที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี สูงกว่า

หน่วยSIสำหรับโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าคือคูลอมบ์-เมตร ซึ่งมีขนาดใหญ่เกินไปที่จะนำมาใช้ในระดับโมเลกุลได้ โดยทั่วไปแล้ว โมเมนต์ไดโพลของพันธะจะวัดในหน่วยเดบาย (debye)ซึ่งแทนด้วยสัญลักษณ์ D โดยได้มาจากการวัดประจุในหน่วย 10⁻¹⁰ แตทคูลอมบ์และระยะทางdในหน่วยอังสตรอมโดยใช้ตัวแปลงหน่วย 10⁻¹⁰ สแตทคูลอมบ์ เท่ากับ 0.208 หน่วยของประจุพื้นฐาน ดังนั้น 1.0 เดบาย จึงเกิดจากอิเล็กตรอนและโปรตอนที่อยู่ห่างกัน 0.208 อังสตรอม ตัวแปลงหน่วยที่มีประโยชน์คือ 1/D = 3.335 × 64 × 10⁻¹⁰−30  C m. [ 8 ]

สำหรับโมเลกุลไดอะตอมิกจะมีพันธะเพียงหนึ่งพันธะ (พันธะเดี่ยวหรือหลายพันธะ) ดังนั้นโมเมนต์ไดโพลของพันธะจึงเท่ากับโมเมนต์ไดโพลของโมเลกุล โดยมีค่าทั่วไปอยู่ในช่วง 0 ถึง 11 ไดออล ในอีกด้านหนึ่ง โมเลกุลสมมาตร เช่นโบรมีน ( Br₂) จะมีค่าสูงมาก2มีโมเมนต์ไดโพลเป็นศูนย์ ในขณะที่ใกล้ขั้วตรงข้ามโพแทสเซียมโบรไม ด์ในเฟสแก๊ส KBr ซึ่งมีความเป็นไอออนสูง มีโมเมนต์ไดโพล 10.41 D [ 9 ] [ 10 ]

สำหรับโมเลกุลที่มีอะตอมหลายตัว จะมีพันธะมากกว่าหนึ่งพันธะโมเมนต์ไดโพล รวมของโมเลกุล อาจประมาณได้จากผลรวมเวกเตอร์ของโมเมนต์ไดโพลของแต่ละพันธะ บ่อยครั้งที่ได้โมเมนต์ไดโพลของพันธะโดยกระบวนการย้อนกลับ: โมเมนต์ไดโพลรวมที่ทราบแล้วของโมเลกุลสามารถแยกออกเป็นโมเมนต์ไดโพลของพันธะได้ วิธีนี้ใช้เพื่อถ่ายโอนโมเมนต์ไดโพลของพันธะไปยังโมเลกุลที่มีพันธะเดียวกัน แต่ยังไม่ทราบโมเมนต์ไดโพลรวม ผลรวมเวกเตอร์ของโมเมนต์ไดโพลของพันธะที่ถ่ายโอนมาจะให้ค่าประมาณของโมเมนต์ไดโพลรวม (ที่ไม่ทราบค่า) ของโมเลกุล

ขั้วของโมเลกุล

โมเลกุลประกอบด้วยพันธะเคมีหนึ่งพันธะหรือมากกว่านั้นระหว่างออร์บิทัลโมเลกุลของอะตอมที่แตกต่างกัน โมเลกุลอาจมีขั้วได้ทั้งจากพันธะที่มีขั้วอันเนื่องมาจากความแตกต่างของ ค่า อิเล็กโทรเนกาติวิตีดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น หรือจากโครงสร้างที่ไม่สมมาตรของพันธะโคเวเลนต์ที่ไม่มีขั้วและอิเล็กตรอนคู่ที่ไม่เกิดพันธะซึ่งเรียกว่าออ ร์บิทัลโมเลกุล เต็ม

แม้ว่าโมเลกุลเหล่านี้จะสามารถอธิบายได้ว่าเป็น "โคเวเลนต์แบบมีขั้ว" "โคเวเลนต์แบบไม่มีขั้ว" หรือ "ไอออนิก" แต่คำเหล่านี้มักเป็นคำที่ใช้ในเชิงเปรียบเทียบ โดยโมเลกุลหนึ่งอาจมีขั้วมากกว่าหรือไม่มีขั้วมากกว่าอีกโมเลกุลหนึ่ง อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติต่อไปนี้เป็นคุณสมบัติทั่วไปของโมเลกุลเหล่านี้

จุดเดือด

เมื่อเปรียบเทียบโมเลกุลมีขั้วและไม่มีขั้วที่มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกัน โดยทั่วไปโมเลกุลมีขั้วจะมีจุดเดือดสูงกว่า เนื่องจากปฏิกิริยาแบบไดโพล-ไดโพลระหว่างโมเลกุลมีขั้วส่งผลให้เกิดแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรงกว่า รูปแบบหนึ่งของปฏิกิริยาแบบมีขั้วที่พบได้ทั่วไปคือพันธะไฮโดรเจนซึ่งเรียกอีกอย่างว่าพันธะ H ตัวอย่างเช่น น้ำสร้างพันธะ H และมีมวลโมเลกุล M = 18 และจุดเดือดที่ +100 °C ในขณะที่มีเทน ซึ่งเป็นโมเลกุลไม่มี ขั้วมี M = 16 และจุดเดือดที่ −161 °C

ความสามารถในการละลาย

เนื่องจากโมเลกุลของน้ำมีขั้ว โมเลกุลที่มีขั้วอื่นๆ จึงสามารถละลายในน้ำได้โดยทั่วไป โมเลกุลที่ไม่มีขั้วส่วนใหญ่จะไม่ละลายในน้ำ ( ไฮโดรโฟบิก ) ที่อุณหภูมิห้อง ตัวทำละลายอินทรีย์ ที่ไม่มีขั้วหลายชนิด เช่นน้ำมันสนสามารถละลายสารที่ไม่มีขั้วได้

แรงตึงผิว

สารประกอบที่มีขั้วมักมีแรงตึงผิว สูง กว่าสารประกอบที่ไม่มีขั้ว

แรงดึงดูดของเส้นเลือดฝอย

ของเหลวที่มีขั้วมีแนวโน้มที่จะลอยขึ้นต้านแรงโน้มถ่วงในท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก

ความหนืด

ของเหลวที่มีขั้วมักมีความหนืดมากกว่าของเหลวที่ไม่มีขั้ว ตัวอย่างเช่น เฮกเซนซึ่งไม่มีขั้วมีความหนืดน้อยกว่าน้ำซึ่งมีขั้วมาก อย่างไรก็ตาม ขนาดโมเลกุลเป็นปัจจัยที่มีผลต่อความหนืดมากกว่าขั้ว โดยสารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่จะมีความหนืดมากกว่าสารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดเล็ก ดังนั้น น้ำ (โมเลกุลขนาดเล็กที่มีขั้ว) จึงมีความหนืดน้อยกว่าเฮกซาเดเคน (โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ไม่มีขั้ว)

ตัวอย่าง

โมเลกุลขั้ว

โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยออกซิเจนและไฮโดรเจน โดยมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเท่ากับ 3.44 และ 2.20 ตามลำดับ ความแตกต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีทำให้พันธะ H–O แต่ละพันธะมีขั้ว โดยอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่เข้าหาออกซิเจน (แสดงด้วยลูกศรสีแดง) ผลกระทบเหล่านี้รวมกันเป็นเวกเตอร์ ทำให้โมเลกุลโดยรวมมีขั้ว

โมเลกุลที่มีขั้วจะมีไดโพล สุทธิ อันเป็นผลมาจากประจุตรงข้าม (เช่น มีประจุบวกบางส่วนและประจุลบบางส่วน) จากพันธะที่มีขั้วซึ่งจัดเรียงแบบไม่สมมาตรน้ำ (H₂O )เป็นตัวอย่างของโมเลกุลที่มีขั้ว เนื่องจากมีประจุบวกเล็กน้อยที่ด้านหนึ่งและประจุลบเล็กน้อยที่อีกด้านหนึ่ง ไดโพลไม่หักล้างกัน ส่งผลให้เกิดไดโพลสุทธิ โมเมนต์ไดโพลของน้ำขึ้นอยู่กับสถานะของมัน ในสถานะแก๊ส โมเมนต์ไดโพลมีค่าประมาณ 1.86 เดบาย (D) [ 11 ]ในขณะที่น้ำเหลว (ประมาณ 2.95 D) [ 12 ]และน้ำแข็ง (ประมาณ 3.09 D) [ 13 ]มีค่าสูงกว่าเนื่องจากสภาพแวดล้อมของพันธะไฮโดรเจนที่แตกต่างกัน ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ น้ำตาล (เช่นซูโครส ) ซึ่งมี กลุ่ม ออกซิเจน-ไฮโดรเจน (−OH) ที่มีขั้วจำนวนมากและโดยรวมแล้วมีขั้วสูง

ถ้าโมเมนต์ไดโพลของพันธะในโมเลกุลไม่หักล้างกัน โมเลกุลนั้นจะเป็นโมเลกุลมีขั้ว ตัวอย่างเช่นโมเลกุลน้ำ (H₂O )ประกอบด้วยพันธะ O−H สองพันธะที่มีขั้วใน โครงสร้าง โค้งงอ (ไม่เป็นเส้นตรง) โมเมนต์ไดโพลของพันธะไม่หักล้างกัน ดังนั้นโมเลกุลจึงเกิดเป็นไดโพลโมเลกุลโดยมีขั้วลบอยู่ที่ออกซิเจนและขั้วบวกอยู่ตรงกลางระหว่างอะตอมไฮโดรเจนทั้งสอง ในภาพ พันธะแต่ละพันธะเชื่อมต่ออะตอม O ตรงกลางที่มีประจุลบ (สีแดง) กับอะตอม H ที่มีประจุบวก (สีน้ำเงิน)

โมเลกุลไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) เป็นโมเลกุลมีขั้วเนื่องจากพันธะโคเวเลนต์แบบมีขั้ว กล่าวคือ ในพันธะโคเวเลนต์ อิเล็กตรอนจะถูกเคลื่อนย้ายไปยังอะตอมฟลูออรีนที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่า

โมเลกุลแอมโมเนีย (NH₃ )เป็นโมเลกุลมีขั้วเนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุล บริเวณสีแดงแสดงถึงบริเวณที่มีประจุลบบางส่วน

แอมโมเนีย (NH₃ )เป็นโมเลกุลที่มีพันธะ N−H ทั้งสามพันธะซึ่งมีขั้วเพียงเล็กน้อย (ไปทางอะตอมไนโตรเจนที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่า) โมเลกุลนี้มีอิเล็กตรอนเดี่ยวสองตัวในออร์บิทัลที่ชี้ไปยังจุดยอดที่สี่ของทรงสี่หน้าปกติโดยประมาณ ตามที่ทฤษฎี VSEPR ทำนายไว้ ออร์บิทัลนี้ไม่ได้มีส่วนร่วมในการสร้างพันธะโควาเลนต์ แต่มีอิเล็กตรอนมากเกินไป ส่งผลให้เกิดไดโพลที่ทรงพลังทั่วทั้งโมเลกุลแอมโมเนีย

โครงสร้างเรโซแนนซ์ลูอิสของโมเลกุลโอโซน
โครงสร้างเรโซแนนซ์ลูอิสของโมเลกุลโอโซน

ใน โมเลกุล โอโซน (O₃ )พันธะ O−O ทั้งสองพันธะเป็นพันธะไม่มีขั้ว (ไม่มีความแตกต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างอะตอมของธาตุเดียวกัน) อย่างไรก็ตาม การกระจายตัวของอิเล็กตรอนอื่นๆ นั้นไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากอะตอมกลางต้องแบ่งอิเล็กตรอนกับอะตอมอื่นอีกสองอะตอม แต่อะตอมภายนอกแต่ละอะตอมต้องแบ่งอิเล็กตรอนกับอะตอมอื่นเพียงอะตอมเดียวเท่านั้น ทำให้อะตอมกลางมีอิเล็กตรอนน้อยกว่าอะตอมอื่นๆ (อะตอมกลางมีประจุอย่างเป็นทางการ +1 ในขณะที่อะตอมภายนอกแต่ละอะตอมมีประจุอย่างเป็นทางการ−1/2 ) เนื่องจากโมเลกุลมีรูปทรงโค้งงอ ผลที่ได้คือ มีไดโพลพาดผ่านโมเลกุลโอโซนทั้งหมด

โมเลกุลไม่มีขั้ว

โมเลกุลอาจไม่มีขั้วได้ ทั้งในกรณีที่มีการแบ่งปันอิเล็กตรอนอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอะตอมทั้งสองของโมเลกุลไดอะตอมิก หรือเนื่องจากการจัดเรียงแบบสมมาตรของพันธะที่มีขั้วในโมเลกุลที่ซับซ้อนกว่า ตัวอย่างเช่นโบรอนไตรฟลูออไรด์ (BF₃ )มีการจัดเรียงแบบระนาบสามเหลี่ยมของพันธะที่มีขั้วสามพันธะที่มุม 120° ส่งผลให้ไม่มีไดโพลโดยรวมในโมเลกุล

ในโมเลกุลของโบรอนไตรฟลูออไรด์การจัดเรียงแบบระนาบสามเหลี่ยมของพันธะขั้วสามพันธะส่งผลให้ไม่มีไดโพลโดยรวม
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีพันธะ CO ที่มีขั้วสองพันธะในโครงสร้างเชิงเส้น

คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂ )มีพันธะ C=O ที่มีขั้วสองพันธะ แต่เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตของ CO₂ เป็นแบบเส้นตรง โมเมนต์ไดโพลของพันธะทั้งสองจึงหักล้างกันและไม่มีโมเมนต์ไดโพลสุทธิของโมเลกุล ดังนั้นโมเลกุลจึงไม่มีขั้ว

ในโมเลกุลมีเทน พันธะต่างๆ เรียงตัวแบบสมมาตร (ในรูปแบบทรงสี่หน้า) ดังนั้นจึงไม่มีไดโพลโดยรวม

ใน โมเลกุล มีเทน (CH₄ )พันธะ C−H ทั้งสี่จะเรียงตัวแบบทรงสี่หน้าล้อมรอบอะตอมคาร์บอน แต่ละพันธะมีขั้ว (แม้จะไม่แรงมากนัก) พันธะเหล่านี้เรียงตัวแบบสมมาตร ดังนั้นจึงไม่มีไดโพลโดยรวมในโมเลกุล ส่วน โมเลกุล ออกซิเจน สองอะตอม (O₂ )ไม่มีขั้วในพันธะโควาเลนต์เนื่องจากมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเท่ากัน ดังนั้นจึงไม่มีขั้วในโมเลกุล

โมเลกุลแอลเคนอื่นๆ มีความสมมาตรน้อยกว่ามีเทน แต่มีไดโพลที่อ่อนแอเนื่องจากพันธะ CH มีขั้วอ่อนๆ นอกจากนี้ สารผสมในครัวเรือน เช่นน้ำมันแร่และน้ำมันก๊าดมีขั้วอ่อนๆ (มักเรียกว่า "ไม่มีขั้ว") เพราะประกอบด้วยแอลเคนดังกล่าว

โมเลกุลแอมฟิฟิลิก

โมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีปลายด้านหนึ่งเป็นหมู่ขั้วและปลายอีกด้านหนึ่งเป็นหมู่ไม่ขั้ว เรียกว่าแอมฟิฟิลหรือ โมเลกุลแอม ฟิฟิลิกโมเลกุลเหล่านี้เป็นสารลดแรงตึงผิว ที่ดี และสามารถช่วยในการสร้างอิมัลชันหรือส่วนผสมที่เสถียรของน้ำและไขมันได้ สารลดแรงตึงผิวช่วยลดแรงตึงผิวระหว่างน้ำมันและน้ำโดยการดูดซับที่ส่วนต่อประสานของของเหลวสองชนิด

การทำนายขั้วของโมเลกุล

สูตร คำอธิบาย ตัวอย่าง ชื่อ โมเมนต์ไดโพล
ขั้วโลก เอบี โมเลกุลเชิงเส้น คอมโพสิชั่น คาร์บอนมอนอกไซด์0.112
HA xโมเลกุลที่มี H เพียงตัวเดียว เอชเอฟ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์1.86
เอxโอเอช โมเลกุลที่มีหมู่ OH อยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง C 2 H 5 OH เอทานอล1.69
O x A yโมเลกุลที่มี O อยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง H 2 O น้ำ1.85
N x A yโมเลกุลที่มี N อยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง เอ็นเอช3แอมโมเนีย1.42
ไม่มีขั้ว เอ2โมเลกุลไดอะตอมิกของธาตุเดียวกัน โอ2ไดออกซิเจน0.0
ซีxเอวายสารประกอบไฮโดรคาร์บอนส่วนใหญ่ ซี3เอช8โพรเพน0.083
ซีxเอวายไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดศูนย์กลางผกผันซี4เอช10บิวเทน0.0

การหาจุดกลุ่ม (point group)เป็นวิธีที่มีประโยชน์ในการทำนายขั้วของโมเลกุล โดยทั่วไปแล้ว โมเลกุลจะไม่มีโมเมนต์ไดโพลหากโมเมนต์ไดโพลของพันธะแต่ละพันธะในโมเลกุลหักล้างกันเอง เนื่องจากโมเมนต์ไดโพลเป็น ปริมาณ เวกเตอร์แบบยุคลิดที่มีทั้งขนาดและทิศทาง และเวกเตอร์สองตัวที่เท่ากันและมีทิศทางตรงข้ามกันจะหักล้างกัน

โมเลกุลใดๆ ที่มีจุดศูนย์กลางผกผัน ("i") หรือระนาบสะท้อนแนวนอน ("σ h ") จะไม่มีโมเมนต์ไดโพล ในทำนองเดียวกัน โมเลกุลที่มีแกนหมุน C n มากกว่าหนึ่ง แกนก็จะไม่มีโมเมนต์ไดโพลเช่นกัน เพราะโมเมนต์ไดโพลไม่สามารถอยู่ในมิติมากกว่าหนึ่งมิติได้ ผลที่ตามมาของข้อจำกัดนั้นก็คือ โมเลกุลทั้งหมดที่มีสมมาตรไดเฮดรัล (D n ) จะไม่มีโมเมนต์ไดโพล เพราะตามนิยามแล้ว กลุ่มจุด D มีแกน C n สองแกนขึ้นไป

เนื่องจากกลุ่มจุด C 1 , C s ,C ∞h C nและ C n v ไม่มีจุดศูนย์กลางผกผัน ระนาบสะท้อนแนวนอน หรือแกน C n หลาย แกน โมเลกุลในกลุ่มจุดใดกลุ่มหนึ่งเหล่านี้จึงจะมีโมเมนต์ไดโพล

การเบี่ยงเบนของน้ำด้วยไฟฟ้า

ตรงกันข้ามกับความเข้าใจผิดที่แพร่หลาย การเบี่ยงเบนทางไฟฟ้าของลำน้ำจากวัตถุที่มีประจุไม่ได้ขึ้นอยู่กับขั้ว การเบี่ยงเบนเกิดขึ้นเนื่องจากหยดน้ำที่มีประจุไฟฟ้าในลำน้ำ ซึ่งวัตถุที่มีประจุเหนี่ยวนำ ลำน้ำยังสามารถเบี่ยงเบนได้ในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ ซึ่งไม่สามารถออกแรงกระทำต่อโมเลกุลที่มีขั้วได้ นอกจากนี้ หลังจากที่ลำน้ำถูกต่อลงดินแล้ว ก็จะไม่สามารถเบี่ยงเบนได้อีกต่อไป การเบี่ยงเบนเล็กน้อยยังเป็นไปได้แม้แต่ในของเหลวที่ไม่มีขั้ว[ 14 ]

ดูเพิ่มเติม

  • พันธะเคมี
  • ขั้วของพันธะและโมเลกุล (เก็บถาวร)
  • ขั้วโมเลกุล
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Chemical_polarity&oldid=1352117110#Nonpolar_molecules "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ขั้วทางเคมี

ใน วิชาเคมี ความ เป็นขั้ว หมาย ถึง การแยกตัวของ ประจุไฟฟ้า ส่งผลให้ โมเลกุล หรือ หมู่เคมีของโมเลกุล นั้น มี โมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า...

ขั้วของพันธะ

ไม่ใช่ว่าอะตอมทุกตัวจะดึงดูดอิเล็กตรอนด้วยแรงเท่ากัน ปริมาณ "แรงดึง" ที่อะตอมกระทำต่ออิเล็กตรอนเรียกว่าค่าอิเล็ก โทรเนกาติวิ ตี อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิ ตี สูง เช่น ฟลูออรีน ออกซิเจนและ ไนโตรเจน...

การจำแนกประเภท

พันธะสามารถอยู่ระหว่างสองขั้วสุดโต่ง คือ พันธะไม่มีขั้วโดยสมบูรณ์ หรือ พันธะมีขั้วโดยสมบูรณ์ พันธะไม่มีขั้วโดยสมบูรณ์เกิดขึ้นเมื่อค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเท่ากันและมีผลต่างเป็นศูนย์ ส่วนพันธะมีขั้วโดยสมบูรณ์นั้น เรียกให้ถูกต้องกว่าว่า พันธะไอออนิก...

โมเมนต์ไดโพลของพันธะ

โมเมนต์ ไดโพลของพันธะ [ 5 ] ใช้แนวคิดของ โมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า เพื่อวัดขั้วของพันธะเคมีภายใน โมเลกุล เกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่มีการแยกประจุบวกและประจุลบ