מהי מולקולה קוטבית?

לכל מולקולה יש "צורה" תלת מימדית של מטענים חשמליים שמקורם בפרוטונים ובאלקטרונים של האטומים מהם היא עשויה וכיצד הם מסודרים בחלל. בחלק מהמולקולות המטענים פרוסים באופן שווה למדי. עבור אחרים, מטענים שליליים מסתדרים בקצה אחד, מה שהופך את הקצה השני לחיובי. מולקולות קוטביות מהוות את המקרה האחרון. החלוקה הלא אחידה של המטענים מקנה להם קוטביות חשמלית מובהקת.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

למולקולה קוטבית יש מטען חשמלי חיובי מצד אחד ומטען שלילי בצד הנגדי.

הקוטביות או האי-קוטביות של מולקולה היא על כל מה שמופץ מטענים חשמליים בין האטומים שלה. עבור אטום בודד, חלוקת המטען היא פשוטה: הפרוטונים עם המטען החיובי נמצאים כולם בגרעין, והאלקטרונים המקיפים את הגרעין כולם שליליים. הפרוטונים והאלקטרונים מתאזנים באטום ניטרלי, ולאטום יהיה מטען שלילי או חיובי נטו אם הוא צובר או מאבד אלקטרונים. בכל מקרה, אם צופה דמיוני זעיר "רואה" את המטען החשמלי של אטום, הוא נראה זהה מבחוץ. צד אחד או חלק אינם שונים בהרבה מהצד השני.

עבור מולקולות התמונה מסתבכת. הקשרים בין האטומים עשויים להיות קבועים ומסודרים היטב, או שהם יכולים להיות מתוחים, כפופים או מתוחים אחרת.

כמה גורמים שונים משפיעים על צורת המולקולה, כולל האלקטרגנגטיביות של האטומים המעורבים, מספר האטומים במולקולה וסוגי הקשרים בין האטומים. אם למולקולה יש מידה גבוהה של סימטריה, כלומר אם האטומים יוצרים קו ישר, טבעת או צורה קבועה אחרת עם צלעות שוות, רוב הסיכויים שהיא לא קוטבית. המטענים השליליים של ענני האלקטרונים בצורות כאלה נוטים להתאזן על פני כל המולקולה. עם זאת, מולקולות עם בליטות, כיפופים, בליטות וכריפות הן בדרך כלל קוטביות. הצורה הלא סדירה של מולקולות אלה מאלצת מטענים חשמליים להתאסף, ומשאירים צד אחד יותר שלילי והשני חיובי יותר.

אם מולקולה היא קוטבית או לא זו שאלה של מידה. כאשר קצה אחד של מולקולה הוא שלילי יותר מהקצה השני, כימאי מכנה אותו דיפול. יש לו שני מוטות חשמליים מובחנים, אחד חיובי והשני שלילי. כמות הפרש המטענים על פני מולקולה נותנת כמות הנקראת רגע הדיפול. עבור מולקולות עם התפלגות מטען אחידה, רגע הדיפול הוא קטן, אך עם הפרש מטען הולך וגובר, הרגע הקוטבי נהיה גדול יותר. רגע הדיפול אומר לך כמה המולקולה היא קוטבית או חזקה.

רגע הדיפול של מולקולה משפיע מאוד על התנהגותה. לדוגמא, מים הם מולקולה קוטבית. אטום החמצן מושך את האלקטרונים מאטומי המימן לצד אחד, חושף את הפרוטונים והופך את צד המימן לחיובי ואילו צד החמצן הופך לשלילי. האטרקציות החיוביות-שליליות בין מולקולות המים גורמות להם להתייצב בקבוצות כמו שרשרת מגנטים חיננית. זה משפיע על האופן שבו נוצרים גבישי קרח לפתיתי שלג ועל האופן שבו מים ממיסים חומרים קוטביים ויוניים אחרים.