العزوم القطبية والأشكال الهندسية للجزيئات
Dipole moment and Molecular Geometry
- ذكرنا سابقاً في موضوع الروابط القطبية أنه عند وجود فرق كبير في السالبية الكهربية بین ذرتين فإن الرابطة بين الذرتين تكون قطبية.
- فمثلا HCl يعتبر قطبي ونتيجة لذلك سوف يحمل الكلور شحنة جزئية ، والهيدروجين يحمل شحنة جزئية موجبة.
- والجزيء الذي يحمل شحنتين مختلفتين يسمى ثنائي القطبية (dipole).
- ويمكن وصف قطبية الجزيء من خلال معرفة قيمة عزم ثنائي القطبية للجزيء.
- فإذا كان عزم ثنائي القطبية (العزم القطبي) dipole moment للجزيء كـبـيـراً يكون الجزيء ذو قطبية عالية.
- وإذا كان عزم ثنائي القطبية يساوي صفر فإن الجزيء غير قطبي.
تعريف العزم القطبي
- العزم القطبي هو مقياس كمي لتجمع الشحنات وتباعدها.
- يمكن إيجاد قيمة العزم القطبي باستخدام القانون التالي:
العزم القطبي = الشحنة على أي من الذرتين * المسافة بين الشحنتين
قياس العزم القطبي
- يقاس العزم القطبي بوحدة ( ديباي).
- يمكن قياس عزم ثنائي القطبية (العزم القطبي) للجزيء بطريقة عملية كما يلي:
- يوضع الـجـزيء ثنائي القطب بين لوحين أحـدهـمـا مـشـحون بشحنة سالبة والآخر بشحنة موجبة.
- وبذلك تـتـجـه النهايات السالبة للجزيء نحـو اللوح الموجب، والنهايات الموجـبـة تـتـجـه نـحـو اللوح السالب، وبالتالي سوف تتأثر السـعـة الكهربية الموجودة اللوحين.
- ومن قياس السعة الكهربية Capacitance للألواح نستطيع الحصول على القطبية للجزيئات.
قطبية الجزيئات عديدة الذرات
- فيما سبق ذكرنا أن الجزيء يكون قطبياً إذا وجـد فيـه رابطة قطبية. هذا صحيح ، ولكنه ينطبق على الجزيئات ثنائية الذرة فقط.
- أما الجزيئات عديدة الذرات ( التي تحتوي على ثلاث ذرات فاكثر ) فإن هناك شروط يجب توفرها .
شروط قطبية الجزيئات عديدة الذرات
(۱) وجود رابطة قطبية على الأقل في الجزيء.
(۲) يجب اأن يكون الشكل الهندسي للجزيء غير متماثل.
من هذه الشروط نستنتج أن هناك جـزيء يحـتـوي على روابط قطبية ومع ذلك فالجزيء غير قطبي ، وقبل أن نوضح ذلك من خلال الأمثلة ، نأخذ الملاحظات التالية:
(أ) العزم القطبي كمية متجهة أي أن لها مقدار واتجاه. لذلك تم الاتفاق على أن يكون عزم ثنائي القطب (الـعـزم القطبي) مـتـجـهـاً من الطرف الموجب إلى الطرف السالب في ثنائي القطب ويشار إلى ذلك بسهم كالتالي:
(ب) عزم ثنائي القطب الإجمالي للجزيء يساوي محصلة عزوم ثنائيات الأقطاب للروابط . فمثلا إذا كانت المحصلة تساوي صفراً فإن الجزيء غير قطبي.
أمثلة توضيحية
(1) جزيء ثاني أكسيد الكربون CO2
- الرابطة ( C = O ) قطبـيـة ومع ذلك فـالـجـزيء ككل غير قطبي (علل).
- وذلك لأن شكل الجزيء خطي ، وهذا أدى إلى ان محصلة عزمي الرابطتين تساوي صفر لأنهما متساويتان في المقدار ومختلفتان في الاتجاه وبذلك يلغيان بعضهما بعضاً . ولهذا الجزيء غير قطبي.
(2) جزيء ثالث فلوريد البورون BF3
- الرابطة (B - F) قطـبـيـة ومع ذلك فـالـجـزيء ككل غير قطبي (علل).
- وذلك لأن شكل الجـزيء مـثـلـث مـسـتـو ، وهذا أدى إلى أن محصلة عـزوم الروابط تساوي صفر ، لأن الروابط تلغي بعضها بعضا .ولهذا فالجزيء غير قطبي .
(3) جزيء رابع كلوريد الكربون CCl4
- جزيء رابع كلوريد الكربون CCl4
- الرابطة (C - Cl) قطبية ومع ذلك فـالـجـزيء ككل غير قطبي (علل).
وذلك لأن شكل الجـزيء هرم رباعي السطوح منتظم ، وهذا أدى إلى ان محصلة عزوم الروابط تساوي صفر ، ولهذا فالجزيء غير قطبي.
ملاحظة هامة جداً
- مما سبق نستنتج أن الشكل الهندسي للجزيء له تأثير في تحديد قطبية الجزيء من عدمه.
- وإليك قائمة بالأشكال الهندسية التي تجعل الجزيء غير قطبي مع احتوائه على روابط قطبية ، بشرط أن تكون جميع الذرات المحيطة بالذرة المركزية في الجزيء من نوع واحد.
أمثلة محلولة على العزم القطبي
مثال (1): أي الجزيئات التالية قطبية ، مع ذكر السبب:
F2O , SCl2 , BCl3 , CF4
الحل:
CF4: غير قطبي لان الشكل الهندسي له هرم رباعي الأوجـه منتظم وبذلك فإن مـحـصلة عزوم الروابط يساوي صفر.
BCl3: غير قطبي لأن الشكل الهندسي له مـثلث مـسـتـو وبذلك فإن محصلة عزوم الروابط يساوي صفر.
SCl2: قطبي لأن الشكل الهندسي له زاوي وبذلك فإن محصلة عزوم الروابط لا يساوي صفر
F2O: قطبي لأن الشكل الهندسي له زاوي وبذلك فإن محصلة عزوم الروابط لا يساوي صفر