مسابقه 267
در این مسابقه با مفهوم قطبیت و روش شناخت مولکول‌های قطبی از هم بهتر آشنا خواهیم شد در پایان نیز سؤال مربوط به آن که سؤال المپیاد سال 2012 آمریکاست را مطرح خواهیم کرد. امیدواریم که همه‌ی شما به راحتی به این سؤال پاسخ دهید.
در شیمی قطبیت به معنای جدایی قطب‌های الکتریکی در یک مولکول و ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در آن مولکول یا به گروه‌هایی که گشتاور‌های دو قطبی یا چند قطبی ایجاد می‌کنند، می‌گویند. قطبیت یک مولکول به تفاوت الکترونگاتیوی میان اتم‌ها در یک ترکیب و عدم تقارن در ساختار یک ترکیب بستگی دارد. قطبیت در زمینه‌هایی که خواص فیزیکی چون کشش سطحی و حلالیت و نقطه‌ی ذوب و جوش را می‌خواهیم تعیین و بررسی کنیم بسیار تاثیرگذار است.
مولکول‌های قطبی
مولکول‌های قطبی دارای دو قطب مخالف که هر کدام به صورت جزئی دارای بار، یکی مثبت و دیگری منفی، هستند و همین‌طور به صورت نامتقارن می‌باشند، در نظر گرفته می‌شوند. آب یک مثال خوب از یک مولکول قطبی است که دارای بار مثبت جزئی در سر هیدروژن‌دار و بار جزئی منفی در سر اکسیژن‌دارش می‌باشد. طبیعت قطبی مولکول‌های آب باعث می‌شود که مولکول‌های قطبی دیگر را در خود حل کند؛
یا در مثالی دیگر می‌توان HF (هیدروژن فلئورید) یک مولکول قطبی است که دارای پیوند کووالانسی می‌باشد، در پیوند کووالانسی آن الکترون‌ها بیش‌تر به سمت F که عنصری الکترونگاتیو‌تری است جذب می‌شود و سمت دیگر الکترون‌ها کمتر می‌باشند که همین خاصیت قطبیت این مولکول را و سر منفی F و سر مثبت H را ایجاد کرده است. یا در آمونیاک که سه پیوند N-H که هر پیوند دارای قطبیت جزئی، در سر الگترونگاتیو‌تر بار جزئی منفی و سر با الکترونگاتیوی کمتر بار جزئی مثبت را حمل می‌کند و یک ساختارچهاروجهی را ایجاد می‌کند.
شاید برداشتی شود که اگر اتم‌ها یکسان باشند قطبیتی در مولکول وجود نخواهد داشت. این امر تا حدودی صحیح است ولی در مولکول‌هایی مانند اوزون نمی‌توان این جمله را صحیح دانست زیرا، قرار است بنابر اختلاف الکترونگاتیوی هر کدام الکترونی را به سمت خود بکشند، اگر دو اتم اکسیژن وجود داشت هر کدام باید با دیگری الکترون‌های خود را به اشتراک بگذارد و وقتی دو اتم باشد مثل مولکول اکسیژن، الکترون‌های اشتراک گذاشته شده توسط هر اتم برابر بوده و اختلاف بار ایجاد نشده و مولکول قطبی نمی‌شود ولی در اوزون اتم اکسیژن میانی باید بین دو اتم الکترون به اشتراک بگذارد در حالی که دو اتم کناری تنها بین یک اتم، الکترون به اشتراک می‌گذارند. پس اتم میانی دارای بار جزئی 1+ و دو اتم دیگر دارای بار جزئی 1/2- شوند. که در نتیجه باعث قطبیت مولکول اوزون می‌شود. این نکته را نیز باید دانست که زمانی که مولکول قطبی باشد دارای گشتاور دو قطبی هستیم.
مولکول‌های غیرقطبی
مولکول‌ها می‌توانند غیرقطبی باشند برای مثال دو اتم که در یک مولکول دو اتمی وجود دارند به تعداد مساوی الکترون بین هم به اشتراک می‌گذارند و یا مولکول دارای ساختار متقارنی می‌باشد. برای مثال بور تری‌فلئورید شکل فضایی سه‌گوش (مثلثی) دارد که هیچ حالت دوقطبی را نمی‌توان برای آن تعریف کرد. اما بهترین روش برای این‌که بتوان مولکول قطبی و غیرقطبی را از هم تشخیص داد، رسم ساختار لوئیس و بررسی وجود تقارن یا عدم تقارن در مولکول است که در صورت تقارن مولکول غیرقطبی و عدم تقارن مولکول قطبی می‌باشد. برای مثال در ساختار متان داریم که:
وجود خط تقارن نشان از یک مولکول غیر قطبی است.
حال با اطلاعات بالا و کمی دقت به راحتی می‌توانید به سؤال زیر پاسخ دهید:
کدام یک از ترکیبات زیر گشتاور دوقطبی آن صفر نیست؟
1. CO2
2. AsH3
3. CCl4
4. PF3