Main menu

Pages

قطبية الجزيئات - Polarity of molecules

قطبية الجزيئات -  Polarity of molecules




الكيمياء العضوية

القسم الأول

16- قطبية الجزيئات -  Polarity of molecules

يكون الجزيء قطبية إذا لم ينطبق مركز الشحنات الموجبة فيه على مركز الشحنات السالبة. يؤلف الجزيء هكذا ثنائي قطب dipole (أي جزيء ثنائي قطب)، والذي يعني شحنتان متساويتان ومتعاكستان بالإشارة، تفصل بينهما مسافة ما. يرمز غالبا، لثنائي القطب بالرمز ، حيث يدل السهم على الاتجاه من الشحنة الموجبة إلى الشحنة السالبة. ويملك الجزيء، عزم ثنائي قطب، ر، وهو يساوي حاصل ضرب الشحنة e بالمسافة ، التي تفصل بين مركزي الشحنیتن:

يكون الجزيء قطبية إذا لم ينطبق مركز الشحنات الموجبة فيه على مركز الشحنات السالبة. يؤلف الجزيء هكذا ثنائي قطب dipole (أي جزيء ثنائي قطب)، والذي يعني شحنتان متساويتان ومتعاكستان بالإشارة، تفصل بينهما مسافة ما. يرمز غالبا، لثنائي القطب بالرمز ، حيث يدل السهم على الاتجاه من الشحنة الموجبة إلى الشحنة السالبة. ويملك الجزيء، عزم ثنائي قطب، ر، وهو يساوي حاصل ضرب الشحنة e بالمسافة ، التي تفصل بين مركزي الشحنیتن:


يمكن قياس عزم ثنائي القطب لجزيء، بطريقة لا مجال لذكرها هنا، وقد أوردنا في الجدول (4. 1) بعض قيم عزوم ثنائيات القطب التي حصل عليها وفق تلك الطريقة. سوف نهتم بقيم عزوم ثنائيات القطب بصفتها مؤشرات على القطبية النسبية لمختلف الجزيئات.

يمكن قياس عزم ثنائي القطب لجزيء، بطريقة لا مجال لذكرها هنا، وقد أوردنا في الجدول (4. 1) بعض قيم عزوم ثنائيات القطب التي حصل عليها وفق تلك الطريقة. سوف نهتم بقيم عزوم ثنائيات القطب بصفتها مؤشرات على القطبية النسبية لمختلف الجزيئات.


أن حقيقة كون بعض الجزيئات قطبية هي التي قادت إلى الاعتقاد بأن بعض الروابط قطبية. لقد تناولنا مسألة قطبية الرابطة ببساطة في البداية لأنه لم يكن من المناسب الاعتقاد أن قطبية الجزيء هي مزيج من قطبيات الروابط المفردة.

إن جزيئات مثل، Br2 ، Cl2 ، N2 ، 02 ، H2
تملك عزم ثنائي قطب يساوي الصفر، أي أنها ليست قطبية. إن لكلا الذرتين المتماثلتين في كل جزيء من هذه الجزيئات، بالطبع، نفس الكهر سلبية، وبالتالي تتشار كان بالالكترونات بالتساوي؛ ولذلك عندما تكون (ع) مساوية الصفر، يكون (مي) مساوية الصفر أيضا. ويملك جزياء مثل فلوريد الهيدروجين عزم ثنائي قطب كبير (D1. 75 ). ورغم أن جزيء فلوريد الهيدروجين صغير، إلا أن الكهر سلبية العالية لذرة الفلور تجذب الالكترونات بقوة، فعلى الرغم من أن المسافة (d) صغيرة، فإن الشحنة (e) كبيرة، ولذلك فإن العزم (مير) كبير.
يملك الميتان ورباعي كلوريد الكربون عزم ثنائي قطب معدوم. ونحن، يجب بالتأكيد أن نتوقع على الأقل بالنسبة الرباعي كلوريد الكربون. أن تكون الروابط فيه قطبية؛ ولكن بسبب البنية الرباعية الوجوه المتناظرة جذا فإن العزوم تفني بعضها تماما (الشكل 16 . 1 ). أما في كلوريد المنيل CH3C1 فإن قطبية الرابطة كربون - كلور، لا تفنى، وهكذا يملك كلوريد المتيل عزم ثنائي قطب مقداره (1. 86 D)، وهكذا فإن قطبية الجزيء لا تتعلق فقط بقطبية الروابط، بل أيضا، بكيفية توجه تلك الروابط أي بهيئة أو شكل الجزيء


يملك الميتان ورباعي كلوريد الكربون عزم ثنائي قطب معدوم. ونحن، يجب بالتأكيد أن نتوقع على الأقل بالنسبة الرباعي كلوريد الكربون. أن تكون الروابط فيه قطبية؛ ولكن بسبب البنية الرباعية الوجوه المتناظرة جذا فإن العزوم تفني بعضها تماما (الشكل 16 . 1 ). أما في كلوريد المنيل CH3C1 فإن قطبية الرابطة كربون - كلور، لا تفنى، وهكذا يملك كلوريد المتيل عزم ثنائي قطب مقداره (1. 86 D)، وهكذا فإن قطبية الجزيء لا تتعلق فقط بقطبية الروابط، بل أيضا، بكيفية توجه تلك الروابط أي بهيئة أو شكل الجزيء



تملك الأمونيا عزم ثنائي قطب مقداره ( 1. 46 D. وهذا يمكن احتسابه بصفته عزم ثنائي القطب الصافي الناتج (جمع شعاعي) وعزوم الروابط الثلاث المفردة الموجهة كما هو موضح في المخطط التالي. وبنفس الطريقة يمكن حساب عزم ثنائي القطب للماء الذي مقداره ( 1. 84D).

تملك الأمونيا عزم ثنائي قطب مقداره ( 1. 46 D. وهذا يمكن احتسابه بصفته عزم ثنائي القطب الصافي الناتج (جمع شعاعي) وعزوم الروابط الثلاث المفردة الموجهة كما هو موضح في المخطط التالي. وبنفس الطريقة يمكن حساب عزم ثنائي القطب للماء الذي مقداره ( 1. 84D).


الآن، ما هو نوع عزم ثنائي القطب الذي نتوقعه لجزيء ثلاثي فلوريد النتروجين، NF3، الذي يملك، مثل الأمونيا، بنية هرمية؟ إن الفلور هو العنصر الأكثر کهر سلبية من أي عنصر آخر، ولذا يجب أن يجذب الالكترونات من النتروجين، بقوة، وهكذا يجب أن تكون الرابطة N -F شديدة القطبية، وأن مجموعها الشعاعي يجب أن يكون كبيرة - أكبر بكثير من الأمونيا ذات الروابط N- H المتواضعة القطبية.

الآن، ما هو نوع عزم ثنائي القطب الذي نتوقعه لجزيء ثلاثي فلوريد النتروجين، NF3، الذي يملك، مثل الأمونيا، بنية هرمية؟ إن الفلور هو العنصر الأكثر کهر سلبية من أي عنصر آخر، ولذا يجب أن يجذب الالكترونات من النتروجين، بقوة، وهكذا يجب أن تكون الرابطة N -F شديدة القطبية، وأن مجموعها الشعاعي يجب أن يكون كبيرة - أكبر بكثير من الأمونيا ذات الروابط N- H المتواضعة القطبية.


ما هي الحقائق؟ يملك جزيء ثلاثي فلوريد النتروجين عزم ثنائي قطب مقداره ( 0. 24D. وهو ليس أكبر من عزم الأمونيا بل أنه أصغر بكثير.
كيف لنا أن نفسر ذلك؟ لقد نسينا زوجي الالكترونات غير المشترك بهما، والموجودين في NF (كما في ;NH)، يشغل هذان الزوجان مدارا من نوع قsp ويجب أن يسهم بعزم ثنائي قطب في الاتجاه المعاكس لمحصلة عزوم ثنائي قطب الروابط N - F، (الشكل 17 . 1). من الواضح أن هذه العزوم المتعاكسة لها نفس القيمة تقريبا، والنتيجة هي عزم صغير القيمة، دون أن نستطيع تحديد الاتجاه. وربما يرجع العزم الملاحظ في الأمونيا، بصورة رئيسية، إلى زوجي الالكترونات غير المشترك بهما، مضاف إليه محصلة عزوم الروابط. وبنفس الأسلوب يجب أن تسهم أشفاع الالكترونات غير المشترك بها في العزم الكلي للماء، وفي الواقع في أي جزيء يحتوي على مثل هذه الهيئة.
يمكن أن يقدم، عزم ثنائي القطب، معلومات قيمة عن بنية الجزيئات. فمثلا، يمكن استبعاد أي بنية أرباعي كلوريد الكربون تعطي جزيئا قطبية، استنادا إلى عزوم ثنائي القطب فقط. إن واقعة عزم ثنائي القطب، هذه، تدعم البنية الرباعية الوجوه لرباعي كلوريد الكربون. (ومع ذلك، فإنها لا تبرهن على صحة هذه البنية، لأن هناك بني أخري مقبولة يمكن أن تقود إلى جزيء لا قطبي).

يمكن أن يقدم، عزم ثنائي القطب، معلومات قيمة عن بنية الجزيئات. فمثلا، يمكن استبعاد أي بنية أرباعي كلوريد الكربون تعطي جزيئا قطبية، استنادا إلى عزوم ثنائي القطب فقط. إن واقعة عزم ثنائي القطب، هذه، تدعم البنية الرباعية الوجوه لرباعي كلوريد الكربون. (ومع ذلك، فإنها لا تبرهن على صحة هذه البنية، لأن هناك بني أخري مقبولة يمكن أن تقود إلى جزيء لا قطبي).


لم يقس عزم ثنائي القطب لمعظم المركبات، ويجري التنبؤ بقطبية هذه المركبات. فمن أجلها علينا توقع القطبية من البنية. إذ يمكن أن نقدر استنادا إلى معلوماتنا عن الكهر سلبية، قطبية الروابط؛ ومن معرفتنا للقيم عن زوايا الترابط يمكننا تقدير قطبية الجزيئات، آخذين بالحسبان وجود أي زوجي الكترونات غير مشترك.



Organic Chemistry 
Robert T. Morrison 
Robert N. Boyd
Translation copyright © 2000 by Arab Centre for Arabization, Translation, Authorship & Publication (ACATAP, branch of ALECSO).
Original English language title: Organic Chemistry, 6th edition by Robert T. Morrison and Robert N. Boyd. Copyright © 1992. All Rights Reserved. Published by arrangement with the Original publisher, Prentice Hall Inc, A Pearson Education Company.




Comments

contents title