ความแตกต่างระหว่างขั้วโลกและไม่มีขั้วในวิชาเคมี

อิเล็กโตรเนกาติวีตี้เป็นตัวกำหนดว่าอะตอมต้องการอิเล็กตรอนมากน้อยเพียงใด ยิ่งอะตอมมีอิเลคโตรเนกาติเอทีฟมากเท่าไร อะตอมก็ยิ่งต้องการอิเล็กตรอนมากเท่านั้น นี่เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึงเมื่อดูพันธบัตรประเภทต่างๆ

ถ้าอะตอมหนึ่งมีมากขึ้น อิเล็กโทรเนกาทีฟ ยิ่งไปกว่านั้น มันสามารถดึงอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่น (พันธะไอออนิก) ได้อย่างสมบูรณ์หรือดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองมากขึ้น (พันธะโควาเลนต์ขั้ว) เป็นผลให้พันธะโควาเลนต์ที่มีอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงมาก (เช่นออกซิเจนหรือฟลูออรีน) จึงเป็นขั้ว ออกซิเจนหรือฟลูออรีนดูดอิเล็กตรอน

นี่เป็นพื้นฐานสำหรับความแตกต่างระหว่างพันธะแบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว การแบ่งปันอิเล็กตรอนอย่างไม่เท่ากันส่งผลให้พันธะมีปลายบวกบางส่วนและปลายเป็นลบบางส่วน อะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่าจะเป็นลบบางส่วน (แสดงเป็น δ^-) ในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งเป็นบวกบางส่วน (แสดง δ⁺).

พันธะสามารถเป็นได้ทั้งแบบไม่มีขั้วหรือแบบมีขั้วอย่างสมบูรณ์ พันธะที่มีขั้วอย่างสมบูรณ์เกิดขึ้นเมื่ออะตอมหนึ่งมีอิเลคโตรเนกาติตีมากจนดึงอิเล็กตรอนจากอีกอะตอมหนึ่ง (เรียกว่า พันธะไอออนิก).

ในทางกลับกัน เมื่ออิเล็กโตรเนกาติวิตีเท่ากันทุกประการ พันธะจะถือเป็นพันธะโควาเลนต์แบบไม่มีขั้ว อะตอมทั้งสองใช้อิเล็กตรอนร่วมกันอย่างสมบูรณ์

แต่เกิดอะไรขึ้นระหว่างสุดขั้วทั้งสองนี้?

นี่คือตารางที่แสดงให้เห็นว่าพันธะประเภทใดที่มีแนวโน้มจะเกิดขึ้นตามความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้:

https://chem.libretexts.org/Courses/Oregon_Institute_of_Technology/OIT%3A_CHE_202_-_General_Chemistry_II/Unit_6%3A_Molecular_Polarity/6.1%3A_Electronegativity_and_Polarity

ดังนั้นความแตกต่างระหว่างพันธะขั้วและพันธะไม่มีขั้วจึงเกิดจากความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอม

สารประกอบสามารถมีพันธะโควาเลนต์ได้ แต่ก็ยังไม่เป็นสารประกอบมีขั้ว ทำไมถึงเป็นอย่างนั้น?

สารประกอบเชิงขั้วมีไดโพลสุทธิอันเป็นผลมาจากพันธะที่มีขั้วซึ่งถูกจัดเรียงอย่างไม่สมมาตร ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีทั้งประจุบวกบางส่วนและประจุบวกบางส่วนที่ไม่ตัดกัน ตัวอย่างนี้คือน้ำ

สารประกอบที่ไม่มีขั้วสามารถแบ่งอิเล็กตรอนได้ทั้งหมด หรืออาจมีพันธะขั้วสมมาตรที่สิ้นสุดการขจัดไดโพลสุทธิชนิดใดก็ได้ ตัวอย่างนี้คือ BF₃. เนื่องจากพันธะมีขั้วถูกจัดเรียงในระนาบเดียวจึงสิ้นสุดลง

ขั้วเคมีมีบทบาทอย่างมากในการปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลต่างๆ เช่น ทำไมน้ำตาลละลายในน้ำแต่น้ำมันไม่ละลาย?

มันคือทั้งหมดที่เกี่ยวกับขั้วโลกกับ ไม่มีขั้ว

น้ำเป็นตัวทำละลายแบบมีขั้ว อะตอมของออกซิเจนประกอบด้วยคู่โดดเดี่ยวสองคู่และมีอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่าไฮโดรเจน จึงดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวมันเอง เป็นผลให้อะตอมออกซิเจนมีประจุลบบางส่วนที่เกี่ยวข้อง ในทางกลับกัน ไฮโดรเจนนั้นเป็นโปรตอนโดยพื้นฐานแล้วและมีประจุบวกบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับพวกมัน

น้ำตาลก็มีขั้ว! มีหมู่ไฮดรอกซิล (OH) จำนวนมากที่สร้างพันธะไฮโดรเจนได้อย่างง่ายดาย น้ำตาลจึงมีประจุบวกและลบบางส่วนที่เกี่ยวข้อง เป็นผลให้มีผู้บริจาคและตัวรับพันธะไฮโดรเจนทั้งในน้ำและในน้ำตาล ด้วยเหตุนี้น้ำตาลจะละลายในน้ำ

ในทางกลับกัน สิ่งที่เหมือนน้ำมันประกอบด้วยพันธะ C-H เป็นหลัก ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น พันธะ C-H ไม่มีขั้วเพราะอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ระหว่างอะตอมทั้งสองในพันธะนั้นไม่แตกต่างกันมากนัก ซึ่งหมายความว่าโดยรวมแล้ว น้ำมันไม่มีประจุบวกหรือลบบางส่วนจริงๆ การขาดประจุบางส่วนนี้หมายความว่าโมเลกุลของน้ำมันจะไม่สามารถพันธะไฮโดรเจนได้ เนื่องจากน้ำชอบพันธะไฮโดรเจนและอยู่กับโมเลกุลของขั้ว น้ำจึงไม่ละลายน้ำมัน

การดูโครงสร้างของสารประกอบและธรรมชาติของพันธะที่มันมีอยู่จะบอกคุณได้มากว่าโมเลกุลนั้นมีประจุบวกหรือลบบางส่วนหรือไม่ หากทำได้ก็มีแนวโน้มว่าจะเป็นขั้ว หากไม่เป็นเช่นนั้นแสดงว่าไม่มีขั้ว