مولکول ناقطبی چیست؟ چگونه می توان آن را تشخیص داد؟

یک مولکول ناقطبی (غیر قطبی)، به مولکولی گفته می شود که در آن جدایی بار اتفاق نمی افتد و بارهای مثبت و منفی در این مولکول ها به صورت یکسان و یکنواخت پخش شده اند. به بیان دیگر، گشتاور دو قطبی در این نمونه مولکول ها، صفر می باشد. در مقاله مولکول قطبی چیست ؟ چگونه می توان آن را تشخیص داد ؟ در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی مولکول های قطبی پرداختیم. در این مقاله می خواهیم با مفهوم مولکول های غیر قطبی آشنا شویم. لطفا با ما همراه باشید.

پیوند غیر قطبی

پیوند غیر قطبی یعنی چی؟ چنانچه اختلاف الکترونگاتیوی دو اتم شرکت کننده در پیوند برابر با صفر و یا ناچیز باشد (حدود ۰/۴)، الکترون های پیوندی به اشتراک گذاشته شده در پیوند به طور مساوی توسط دو اتم جذب می شوند. در واقع چگالی ابر الکترونی در یک پیوند کووالانس ناقطبی، به صورت یکنواخت و یکسان می باشد. در شکل زیر می توانید توزیع ابر الکترونی در یک پیوند کووالانس نا قطبی را مشاهده نمایید.

از جمله پیوندهای غیر قطبی می توان به پیوندهای N-N، O=O، Cl-Cl، Br-Br، H-H اشاره کرد.

مولکول ناقطبی

مولکول ناقطبی چیست ؟ مولکول نا قطبی به مولکولی گفته می شود که جمع بردارهای ممان دو قطبی تمام پیوند های آن مولکول، برابر با صفر باشد. در واقع گشتاورهای دوقطبی یکدیگر را خنثی می کنند. اگر به تعریف مولکول غیر قطبی توجه کنید، مشخص می شود که الکترون ‌های پیوندی به طور مساوی بین اتم‌ های شرکت کننده در پیوند های یک مولکول غیر قطبی توزیع شده اند. بنابراین در یک مولکول غیر قطبی جدایی بار اتفاق نمی افتد.

توجه داشته باشید که در دنیای شیمی، مولکول ‌هایی نا قطبی با پیوند های قطبی نیز وجود دارند. به عنوان مثال مولکول های CO_۲، BH_۳، CH_۴ و SO_۳ با وجود داشتن پیوند های قطبی، مولکول ها غیر قطبی می باشند. در ادامه مقاله به بررسی این دسته از مولکول ها خواهیم پرداخت.

نحوه تشخیص مولکول های ناقطبی

راه تشخیص سریع مولکول های نا قطبی چیست ؟ برای تشخیص سریع مولکول های ناقطبی می توان از سه شرط زیر کمک گرفت.

۱- تمام مولکول های دو یا چند اتمی جور هسته غیر قطبی اند (مانند O_۲، P_۴، Cl_۲ و S_۳).

۲- تمام اتم های چسبیده به اتم مرکزی در یک مولکول چند اتمی، یکسان باشند.

۳- اتم مرکزی در یک مولکول چند اتمی، الکترون غیر پیوندی نداشته باشد.

همانند مولکول های قطبی، برای تشخیص یک مولکول غیر قطبی نیز باید به ساختار لوویس دقت کنیم. اما به طور کلی می توان گفت که مولکول های نا قطبی ساختاری متقارن دارند. برای بررسی راحت تر مولکول های نا قطبی، آنها را در دو دسته مولکول های دو اتمی و مولکول های چند اتمی بررسی می کنیم.

مولکول های ناقطبی دو اتمی

در مولکول های دو اتمی، چنانچه دو اتم یکسان با هم پیوند تشکیل دهند، به دلیل توزیع متقارن و یکنواخت الکترون ها در پیوند، پیوند غیر قطبی بوده و مولکول نیز نا قطبی می شود (مانند مولکول Cl_۲). زیرا این مولکول ها تنها از یک پیوند تشکیل شده اند، بنابراین اگر پیوند کووالانسی نا قطبی باشد مولکول هم نا قطبی خواهد بود. در واقع غیر قطبی بودن پیوند در غیر قطبی بودن مولکول تاثیر مستقیم دارد.

مولکول های ناقطبی چند اتمی

بررسی مولکول های چند اتمی به سادگی مولکول های دو اتمی نیست. در این مولكول ها شكل فضایی مولكول در تعیین نا قطبی بودن آن تاثیر دارد. همان طور که قبلا بیان شد، اگر گشتاور دو قطبی آن مولکول، صفر باشد مولکول نا قطبی است. توجه داشته باشید که ممان دو قطبی یک مولکول از جمع برداری ممان‌ های دو قطبی جداگانه هر پیوند به دست می آید.

در مولکول های چند اتمی، اگر اتم مرکزی با اتم های یکسان پیوند داده باشد و یا اتم مرکزی دارای جفت الکترون غیر پیوندی نباشد مولکول غیر قطبی است. توجه داشته باشید همان طور که قبلا بیان شد، پیوندهای یک مولکول ممکن است قطبی باشند، اما در نهایت مولکول نا قطبی باشد. برای اینکه بهتر متوجه شوید مولکول های BeF_۲، BCl_۳، CCl_۴ و CH_۴ را بررسی می کنیم.

بررسی مولكول BeF_۲

مولكول BeF_۲ را در نظر بگیرید، این مولکول دارای ساختار خطی می باشد. در این مولكول دو پیوند Be-F قطبی اند، اما كل مولكول نا قطبی است. زیرا دو اتم فلوئور در دو طرف ساختار به یك اندازه الكترون های پیوندی را به سمت خود می كشند. بنابراین بردارهای قطبیت پیوند در این مولکول معادل بوده و اثر یکدیگر را خنثی می کنند. در نتیجه گشتاور دو قطبی مولکول برابر صفر و مولكول غیر قطبی است. از طرفی ساختار مولکول نیز متقارن است.

 

 

در مولکول BCl_۳، سه پیوند B-Cl یکسان با گشتاورهای دو قطبی پیوند برابر داریم. این سه پیوند با زاویه های ۱۲۰ درجه نسبت به یکدیگر در ساختار قرار گرفته اند. به دلیل ساختار هندسی مولکول تری‌کلرید بور، جمع برداری گشتاورهای دو قطبی نسبت به هم صفر شده، بنابراین مولکول BCl_۳ مولکولی نا قطبی است. در مولکول های چهار اتمی مانند CCl_۴ و CH_۴ نیز جهت گیری اتم ها در ساختار به گونه ای است که برآیند بردارهای ممان دو قطبی صفر بوده و بنابراین مولکول غیر قطبی می شود. ساختار این ترکیبات را می توان در شکل زیر مشاهده کرد.

 

انحلال ‌پذیری مولکول های ناقطبی

مواد ناقطبی در چه حلالی حل می شوند ؟ انحلال پذیری یک ماده در یک حلال، به ماهیت و قدرت نیروهای جاذبه بین ذرات (حل شونده-حل شونده ، حلال-حلال و حل شونده-حلال) بستگی دارد. بنابراین زمانیکه این نیروها شبیه هم باشند، بیشترین میزان انحلال پذیری را داریم. در واقع قانون انحلال پذیری می گوید نظیر در نظیر حل می شود. در مولکول های کووالانسی نا قطبی، نیروی لاندن تنها نیروی بین مولکولی است.

به عنوان مثال، برم یک مایع غیر قطبی است، بنابراین به هر اندازه در تتراکلرید کربن حل می ‌شود. زیرا نیروهای جاذبه بین مولکول های برم از نظر نوع و اندازه شبیه نیروهای جاذبه بین مولکول های تتراکلرید کربن خالص می باشند. بنابراین، نیروی جاذبه قوی بین مولکول های برم و تتراکلرید کربن ایجاد شده و مولکول های برم در تتراکلرید کربن حل می شوند.

این مولکولها آب ‌گریزند (آب یک حلال قطبی است)، بنابراین این مولکول ها در آب، حل نمی شوند. مثلا نفتالین، در آب نا محلول است. مولکول های نا قطبی در حلال های غیر قطبی، که اغلب حلال های آلی اند، به خوبی حل می ‌شوند. بنابراین ترکیبات نا قطبی، مواد ناقطبی و مولکول های نا قطبی در حلال های غیر قطبی انحلال پذیرند. در حقیقت می توان گفت که ترکیباتی که ممان دو قطبی برابر با صفر دارند، در حلال های ناقطبی به خوبی حل می شوند. به طور کلی می توان گفت مواد قطبی و مواد غیر قطبی در یکدیگر معمولا امتزاج نا پذیرند.

لیست مولکول های ناقطبی

آلکین ها و گاز نجیب همچون (آرگون، هلیوم، کریپتون و نئون) نیز در دسته مولکول های غیر قطبی قرار می گیرند. در پاراگراف زیر نمونه ‌هایی از سایر مولکول های ناقطبی آورده شده است. برای اینکه دلیل نا قطبی بودن هر کدام را تشخیص دهید، لظفا مقاله را دوباره مرور نمایید.

مولکول های ناقطبی دو اتمی:

O_۲, N_۲, I_۲, Br_۲, H_۲

مولکول های ناقطبی چند اتمی:

CO_۲, SiF_۴, CH_۴, SO_۳, C_۶H_۶, CCl_۴, BF_۳, BeCl_۲, C_۲H_۴

 

جهت گیری مولکولهای ناقطبی در میدان الکتریکی

به دلیل آنکه در این مولکولها ، قطب مثبت و منفی تشکیل نمی شود، بنابراین این مولکول ها در میدان الکتریکی جهت گیری نمی کنند. در شکل زیر مولکول های O_۲، CO_۲ و CH_۴ را می بینیم که در میدان الکتریکی جهت گیری نکره اند.

 

 

مولکول قطبی و ناقطبی شیمی دهم

مولکول های قطبی دارای توزیع نابرابر الکترون ها هستند که باعث جدایی بار می شوند. این زمانی اتفاق می افتد که تفاوت قابل توجهی در الکترونگاتیوی بین اتم های یک مولکول وجود داشته باشد. یک سر مولکول کمی منفی و انتهای دیگر کمی مثبت می شود. نمونه ای از مولکول های قطبی آب (H2O) است، که در آن اتم اکسیژن الکترونگاتیو تر از اتم های هیدروژن است که منجر به بار منفی جزئی بر روی اکسیژن و بارهای مثبت جزئی بر روی هیدروژن ها می شود.

مولکول‌های غیرقطبی دارای توزیع یکنواخت الکترون‌ ها هستند، به این معنی که جدایی بار قابل توجهی وجود ندارد. این زمانی اتفاق می افتد که اختلاف الکترونگاتیوی بین اتم ها حداقل باشد. به عنوان مثال، مولکول ‌های اکسیژن (O2) غیرقطبی هستند، زیرا الکترونگاتیوی دو اتم اکسیژن مشابه است، که منجر به اشتراک متقارن الکترون ‌ها و عدم جدایی بار محسوس می ‌شود.

عناصر غیرقطبی زمانی پدیدار می شوند که تفاوتی در الکترونگاتیوی وجود نداشته باشد و اشتراک متعادلی از الکترون ها را ارائه می دهند. در مقابل، پیوندهای قطبی یک شکاف الکترونگاتیوی را نشان می‌ دهند که منجر به پیوند یونی می ‌شود که حرکت الکترونی اجباری است. پیوندهای کووالانسی قطبی دارای اختلاف الکترونگاتیوی ۰.۴ تا ۱.۸ هستند، در حالی که پیوندهای کووالانسی خالص از ۰.۴ فراتر می روند. پیوندهای یونی که با تفاوت های الکترونگاتیوی زیر ۱.۸ مشخص می شوند، ماهیت متنوع پیوند شیمیایی را برجسته می کنند. این حرکت پیچیده الکترون‌ ها، دنیای دینامیکی مولکول‌ها را شکل می‌ دهد و ویژگی‌ های منحصر به ‌فرد آنها را مشخص می ‌کند.