אחד תרכובת קוטבית (או חומר) הוא כזה שיש לו שני אזורים עם צפיפות אלקטרונים שונה. לאחד מהאזורים הללו יש אופי חיובי (אזור לבן), ואחר בעל אופי שלילי (אזור צהוב), כפי שאנו יכולים לראות בייצוג הבא:
ייצוג של אזורים בעלי מטען שונה בתרכובת קוטבית
לדעת אם מסויים המרוכב הוא קוטבי מרמז לדעת את סוג הכוח הבין-מולקולרי המעדיף את האינטראקציה בין המולקולות שלו או עם מולקולות של חומרים אחרים, כמו גם הנחת הנחות לגבי מסיסותם ונקודות ההתכה שלהם רְתִיחָה.
לדוגמא: לגבי מסיסות, לתרכובות קוטביות יש יכולת טובה להתמוסס לתרכובות קוטביות. באשר לכוחות בין-מולקולריים, בהתאם למקרה, תרכובות קוטביות יכולות לקיים אינטראקציה על ידי כוחות קשרי דיפול קבועים או מימן (חוזק שגורם גם לנקודות התכה גבוהות יותר ו רְתִיחָה).
להלן שתי דרכים מעשיות לקבוע אם תרכובת היא קוטבית או לא.
קביעת הקוטביות באמצעות מספר העננים ומספר הליגנדים
אנו יכולים לקבוע אם א המרוכב הוא קוטבי לפי הקשר בין מספר האטומים השווים המחוברים לאטום המרכזי לבין מספר ענני האלקטרונים באותו אטום מרכזי.
הערה: ענן אלקטרונים הוא כל קשר כימי בין שני אטומים, או זוג אלקטרונים ממעטפת הערכיות של אטום שאינם משתתפים בקשר.
אם מספר העננים הנמצאים באטום המרכזי שונה ממספר הליגנדים השווים באותו אטום מרכזי, יש לנו תרכובת קוטבית. כדי להבין טוב יותר, עקוב אחר הדוגמאות שלהלן:
דוגמה ראשונה: מולקולת חומצה הידרוציאנית
נוסחה מבנית של חומצה הידרוציאנית
בחומצה הידרוציאנית, האטום המרכזי הוא פחמן, שיש בו ארבעה אלקטרונים שכבת ערכיות בגין השתייכות למשפחת IVA של הטבלה המחזורית. איך פחמן יוצר קשר יחיד (חולק שני אלקטרונים, עם אלקטרון אחד מכל אטום מעורב) עם מימן וקשר משולש עם חנקן, כך שאין אלקטרונים לא קשורים באטום מֶרכָּזִי.
כך, בחומצה הידרוציאנית, יש נוכחות של שני עננים אלקטרוניים (קשר יחיד וקשר משולש) וליגנד השווה לשני. לכן, זה א מתחם קוטבי.
דוגמה 2: מולקולת אמוניה (NH3)
נוסחת המבנה של אמוניה
באמוניה, האטום המרכזי הוא חנקן, שיש לו חמישה אלקטרונים בקליפת הערכיות שלו שכן הוא שייך למשפחת ה-VA של הטבלה המחזורית. כמו חנקן יוצר קשר יחיד (שיתוף של שני אלקטרונים, עם אלקטרון אחד של כל אטום מעורב) עם כל אטום מימן, שניים מחמשת האלקטרונים שלו אינם משתתפים בקשרים.
אלקטרונים שאינם קושרים חנקן באמוניה
לפיכך, באמוניה ישנם ארבעה ענני אלקטרונים (שלושה קשרים בודדים וזוג האלקטרונים הלא-קושר) ושלושה ליגנים שווים (שלושת המימנים). אז זה א מתחם קוטבי.
קביעת קוטביות באמצעות וקטור מומנט דיפול של תרכובת
אנו יכולים לקבוע אם א המרוכב הוא קוטבי על ידי ניתוח של וכתוצאה מכך וקטור מומנט דיפול בנוסחה המבנית שלה, תוך התחשבות בה גיאומטריה מולקולרית וההבדל של אלקטרושליליות בין האטומים המעורבים.
הערה: סדר יורד של האלקטרושליליות של היסודות: F > O > N > Cl > Br > I > S > C > P > H.
כאשר סכום הוקטורים הקיימים במולקולה שונה מאפס, התרכובת תהיה קוטבית. כדי להבין טוב יותר, עקוב אחר הדוגמאות הבאות:
דוגמה ראשונה: מולקולת טריכלורומתאן
טריכלורומתאן הוא תרכובת המציגה גיאומטריה טטרהדרלית, כפי שאנו יכולים לראות בנוסחה המבנית שלהלן:
נוסחה מבנית של טריכלורומתאן
כדי לברר אם מדובר בתרכובת קוטבית או לא, עלינו למקם בתחילה את וקטורי מומנט הדיפול (חצים המציינים איזה אטום יציב יותר מהשני) במבנה המבני, כמו בדוגמה הבאה:
הערה: כלור הוא יסוד אלקטרונילי יותר מפחמן. בתורו, פחמן הוא יסוד אלקטרוני יותר שלילי ממימן.
וקטורי מומנט דיפול בטריכלורומתאן
וקטורים בוורוד יכולים להיות מיוצגים על ידי +x ו-x, מכיוון שיש להם את אותו כיוון (אנכי) וכיוונים מנוגדים (מעלה ומטה). וקטורים באדום מיוצגים על ידי +x, מכיוון שיש להם אותו כיוון ואותו כיוון. לפיכך, וקטור מומנט הדיפול המתקבל (סכום הוקטורים) מיוצג על ידי:
μר = (+x) + (-x) + (+x) + (+x)
μר = +X – x + x + x
μר = 2x
מכיוון שווקטור מומנט הדיפול המתקבל אינו אפס, יש לנו a מתחם קוטבי.
דוגמה 2: מולקולת מים
מים הם תרכובת שמציגה גיאומטריה זוויתית, כפי שאנו יכולים לראות בנוסחה המבנית שלהלן:
נוסחה מבנית של מים
כדי לגלות אם מדובר בתרכובת קוטבית או לא, עלינו למקם תחילה את וקטורי מומנט הדיפול (חצים המציינים איזה אטום יציב יותר מהאחר) במבנה, כפי שמוצג להלן:
הערה: חמצן הוא יסוד אלקטרונילי יותר ממימן.
וקטורים של מומנט דיפול במים
מכיוון ששני הוקטורים במבנה המים נמצאים באלכסון לרוחב, עלינו להשתמש בכלל המקבילית. בכלל זה, כאשר אנו מקשרים את הבסיסים של הוקטורים, נוצרת וקטור שנוצר (שיחליף את השניים ששימשו קודם לכן), כמו במודל הבא:
וקטור המתקבל בנוסחה המבנית של מים
מכיוון שלמולקולת המים יש וקטור יחיד, לכן, וקטור מומנט הדיפול המתקבל אינו אפס, כלומר, יש לנו מתחם קוטבי.
מאתי דיוגו לופס דיאס
מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-um-composto-polar.htm