قطبیت مولکولها

شرط اساسی قطبی بودن یک مولکول این است که مراکز بارهای مثبت و منفی بر یکدیگر منطبق نشوند، مثلاً در مولکول مرکز بارهای مثبت و منفی بر یکدیگر منطبق بوده است و این مولکول ناقطبی است.

ولی در مولکول مرکز بارهای مثبت و منفی بر یکدیگر منطبق نیست پس این دو مولکول قطبی است.

در زیر نکاتی برای تشخیص قطبی یا ناقطبی بودن مولکول ها ذکر شده است.

1- هر دو مولکول دو اتمی با دو اتم یکسان ناقطبی است

2- هر دو مولکول دو اتمی با دو اتم غیر یکسان قطبی است

3- اگر اتم های متصل به اتم مرکزی همه از یک جنس نباشند مولکول قطبی است.

4- اگر اتم های متصل به اتم مرکزی همه از یک جنس باشند مولکول یا قطبی است یا ناقطبی. در این حالت وجود جفت الکترون های ناپیوندی بسیار اهمیت دارد زیرا معمولاً وجود این الکترون ها مانع از انطباق مراکز بارهای مثبت و منفی بر یک دیگر شده و در نتیجه موجب قطبی شدن مولکول می شود.

نیروهای بین مولکولی

به مجموع نیروهایی که باعث می شوند ترکیب های مولکولی به حالت مایع یا جامد در آیند نیروهای جاذبه ی بین مولکولی می گویند. این نیروها از پیوند کووالانسی ضعیف تر می باشند زیرا این نیروهای جاذبه محدود به جاذبه ی کما بیش ضعیفی است که میان قطب های ناهم نام مولکول های مجاور هم پدید می آید و هیچ مبادله یا اشتراک الکترون صورت نمی گیرد.

برای این که ماده ی جامدی از ترکیب های مولکولی ذوب شود یا مایع از این گونه مواد به جوش آید باید بر این نیروهای بین مولکولی غلبه کنیم. بنابراین هر اندازه این نیروها قوی تر باشد نقطه ی جوش یا ذوب ماده ی مورد نظر بیش تر خواهد بود.

نیروهای بین مولکولی عبارتند از:

1. نیروی دو قطبی – دو قطبی
2. نیروی لاندون
3. پیوندی هیدروژنی

نیروی دو قطبی – دو قطبی

اگر مولکولی قطبی باشد و دارای سر مثبت و سر منفی باشد بین سر مثبت هر دو مولکول و سر منفی مولکول مجاور آن یک نیروی جاذبه ی الکترواستاتیک برقرار می شود که به آن نیروی دو قطبی می گویند.

هر چه مولکولی قطبی تر باشد و اندازه ی بزرگتری داشته باشد. (به دلیل قطبش پذیری بیشتر آن) نیروی جاذبه ی دو قطبی در آن قوی تر است.

نیروی لاندون

گاه مولکول ها ناقطبی هستند. اما این مولکول های ناقطبی را نیز می توان به صورت جامد یا مایع مثل یخ خشک که همان جامد است در آورد این امر نشان دهنده ی وجود نوعی نیروهای جاذبه ی بین مولکولی می باشد. این نیروهای جاذبه نیروهای لاندون نامیده می شوند که در اثر قطبی شدن لحظه ی مولکول ها به وجود می آیند.

از آنجا که قطبش پذیری مولکول های بزرگ راحت تر از مولکول های کوچک است نیروی لاندون بین مولکول های بزرگ تر قویتر است.

پیوند هیدروژنی

ویژگی های برجسته ی آب مثل نقطه ی ذوب و جوش نسبتاً بالا، ظرفیت گرمایی و گرمای نهان تبخیر زیاد و کشش سطحی زیاد مربوط به وجود نیروی جاذبه ی نسبتاً قوی میان مولکول های به نام پیوند هیدروژنی است. البته واژه ی پیوند شاید گمراه کننده باشد چون هیچ نوع مبادله و یا اشتراک الکترون بین مولکول ها انجام نمی شود و این واژه تنها بیان کننده قدرت زیاد این نیرو نسبت به نیروهای دو قطبی و لاندون می باشد.

پیوند هیدروژنی در مولکول هایی به وجود می آید که هیدروژن به یکی از اتم های N , O , F (کوچکترین و الکترونگاتیو ترین اتمها) متصل باشد.

هنگامی که H یعنی کوچکترین اتم شناخته شده به فلوئور، اکسیژن یا نیتروژن متصل شود پیوندی بسیار قطبی به وجود می آید که مقدار بارهای جزئی دو اتم درگیر در این پیوند به ویژه اتم کوچک هیدروژن بسیار چشم گیر خواهد بود.

همان طور که می دانید هر اندازه مقدار بارهای الکتریکی نا همنام بیشتر باشد نیروی جاذبه ی بین آنها نیز قوی تر خواهد بود. از این رو یک جاذبه ی دو قطبی – دو قطبی بسیار قوی میان مولکول های دارای این گونه پیوند ها به وجود می آید که به خاطر استحکام بیش از اندازه ی ان پیوند هیدروژنی نامیده می شود.

شکل زیر روند تغییر نقطه ی جوش ترکیب های هیدروژن دار گروه های 14 تا 17 را نشان می دهد دقت کنید که و HF پیوند هیدروژنی تشکیل می دهند.

پیوندی هیدروژنی در HF نسبت به و در نسبت به قویتر است. زیرا هر چه اختلاف الکترو نگاتیوی عنصر با هیدروژن بیشتر باشد قطبیت پیوند نیز بیشتر شده لذا پیوند هیدروژنی ناشی از آن قوی تر می شود.

نکته: با این که پیوند هیدروژنی از پیوند هیدروژنی HF ضعیف تر است اما نقطه ی جوش از نقطه ی جوش HF بالاتر است، زیرا در اطراف هر مولکول حداکثر 4 پیوند هیدروژنی تشکیل می شود در حالی که در اطراف هر مولکول HF تنها دو پیوند هیدروژنی تشکیل می شود.

جامدهای کووالانسی

جامدهای کووالانسی جامدهایی هستند که در ساختمان آنها کليه‌ی اتم ها با پیوند کووالانسی به یکدیگر متصل شده اند و یک شبکه ی غول آسا را پدید آورده اند.

این جامدها عبارتند از: