קוטביות מולקולה


קוטביות מולקולה

קוטביות מולקולה

קוטביות מולקולה

בפרק קוטביות קשר התייחסו לקוטביות של קשר אחד. ישנן מולקולות שבהן רק קשר אחד אבל ישנן מולקולות שבהן כמה קשרים.
איך נקבע אם צירוף  כלל הקשרים במולקולה כלשהי ייצור מולקולה קוטבית או לא קוטבית? האם ייווצר עיוות בענן האלקטרונים של המולקולה שמשמעותו שהמולקולה קוטבית או שלא יהיה עיוות בענן האלקטרונים ואז המולקולה תהיה לא קוטבית?

כדי לענות על שאלות אלו נציין כי:

ראשית, יש להבין שקיטוב של קשר קוולנטי מאופיין בגודל ובכיוון. הגודל הוא מידת הקיטוב הנקבעת על-פי ההפרש בערכי האלקטרושליליות שבין האטומים בקשר והכיוון מתייחס לכיוון הקיטוב. פרמטר (כמו כוח) שיש לו גודל וכיוון, נקרא וקטור.

בעזרת חישובים מתמטיים אפשר לערוך סיכום על כל הווקטורים (הכוחות הפועלים) של הקשרים במולקולה. אם סכום וקטורי הקיטוב הוא 0 המולקולה אינה קוטבית. אם סכום וקטורי הקיטוב שונה מ-0 המולקולה קוטבית.

כיוון שחישוב זה מורכב נלמד לקבוע אם המולקולה קוטבית או לא קוטבית על-פי המבנה הגיאומטרי שלה.

במקרים הפשוטים, כאשר המבנה הגיאומטרי של המולקולה סימטרי המולקולה אינה קוטבית, ולא ייווצר בה עיוות בענן האלקטרונים. אם המולקולה אינה סימטרית ייווצר בה עיוות בענן האלקטרונים ומשום כך קיטוב קבוע. המולקולה תהיה קוטבית.

כדי לקבוע אם מולקולה קוטבית או שאינה קוטבית בהתבסס על המבנה הגיאומטרי שלה נכיר מושג חדש: נוסחת המבנה של המולקולה.

נוסחת מבנה מתארת את הקשרים בין האטומים במולקולה.

בכתיבת נוסחת מבנה לא נדרשים לרשום את זוגות האלקטרונים הלא קושרים.

בשיעורים הבאים נבחין בין כתיבת נוסחת המבנה בייצוג מלא או בייצוג מקוצר.

נוסחת המבנה מתארת כיצד האטומים קשורים זה לזה במבנה המולקולה ומאפשרת לנו לחזות  את המבנה הגיאומטרי של המולקולה. בנוסחת מבנה כל זוג אלקטרונים קושר מצוין בקו. אין חובה לציין את זוגות האלקטרונים הלא קושרים שבמולקולה.

להלן דוגמה לנוסחת מבנה של חומצת מלח:  H–Cℓ במקום HCℓ

נכיר כעת שישה מבנים גיאומטריים המייצגים מולקולה בעלת אטום מרכזי אחד ונבחן אם המולקולה המתקבלת בכל אחד מהמבנים הגיאומטריים תהיה קוטבית או לא קוטבית.

המבנה הגיאומטרי או, במילים אחרות, צורת המולקולה המתקבלת, נגזרת ממספר האטומים הקשורים לאטום המרכזי וממספר זוגות האלקטרונים הלא קשורים סביב האטום המרכזי והדחייה ביניהם.

המבנה הגיאומטרי (הצורה) המתקבל יהיה זה שבו הדחייה בין זוגות האלקטרונים הלא קושרים וזוגות האלקטרונים הקושרים תהיה הקטנה ביותר.

במודלים המתוארים השתדלנו לרשום  את נוסחאות המבנה בצורה שתזכיר את המודל המרחבי ולא רק בצורה שטוחה ודו מימדית.

נציין גם שאם יבקשו מאיתנו בכל הקשר לצייר נוסחת מבנה (בייצוג מלא) של חומר מסוים אין צורך להקפיד על המבנה הגיאומטרי המדויק שלה אלא רק על תיאור נכון של הקשרים בין האטומים השונים במולקולת החומר.

מבנה ראשון

שם: טטראדר

המבנה מאופיין באטום מרכזי שקשור לארבעה אטומים.
דוגמה למולקולה בעלת מבנה טטראדר: CH4
תיאור המבנה באמצעות שני סוגי מודלים: מודל ממלא נפח (הימני) ומודל מקל-כדור (השמאלי)

קוטביות מולקולה - מודל ממלא נפח ומודל מקל כדור CH4

שני המודלים, ממלא נפח (הימני) ומקל-כדור (השמאלי), נגזרים מסוג האטומים במולקולה. לכל אחד מהאטומים, כמו במשחק לגו, צורות חיבור משלו. לכל מודל יתרונות משלו בהדמיית המולקולה.

האטום המרכזי קשור לארבעה אטומים המרוחקים זה מזה במידה המקסימלית שניתן. למעשה, הזווית שנוצרת בין כל שלושה אטומים היא בערך 109°.

ישנם שני מצבים אפשריים:

  • אם האטומים סביב האטום המרכזי זהים, כמו ב- CH4, המבנה יהיה סימטרי וללא עיוות קבוע בענן האלקטרונים. לכן, המולקולה תהיה לא קוטבית גם אם הקשר  C-H הוא מקוטב.
  • אם האטומים סביב האטום המרכזי אינם זהים, כמו ב- CH3Cℓ, המבנה יהיה לא סימטרי וייווצר עיוות בענן האלקטרונים במולקולה. המולקולה תהיה קוטבית עם דו-קוטב קבוע.

אם נרצה לתאר את נוסחת המבנה של CH4 ולהשתדל לתאר גם את המבנה הגיאומטרי בקירוב טוב, נרשום את נוסחת המבנה של CH4 באופן הבא:

  • CH4
    נוסחת מבנה CH4
  • CH3Cℓ
    נוסחת מבנה CH3Cl

כל קו מסביב לאטומי הכלור (Cℓ) מציין זוג אלקטרונים לא קושר. ניתן גם לציין את זוגות האלקטרונים הלא קושרים בעזרת נקודות כמו שעשינו עד כאן. לא חובה לציין זוגות אלקטרונים לא קושרים בנוסחת המבנה.

קוטביות מולקולה נוסחת מבנה עם אלקטרונים CH3Cl

המשך התוכן בעמוד זה למנויים (חודשי/שנתי) בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

אם אין ברשותך מנוי אנא בדוק/בדקי את תוכניות מנויים