โมเลกุลขั้วโลกคืออะไร?

ทุกโมเลกุลมี "รูปร่าง" ของประจุไฟฟ้าสามมิติที่มาจากโปรตอนและอิเล็กตรอนของอะตอมที่มันสร้างขึ้นและการจัดเรียงตัวในอวกาศ ในบางโมเลกุล ประจุจะกระจายอย่างเท่าเทียมกัน สำหรับคนอื่นๆ ประจุลบจะรวมกันที่ปลายด้านหนึ่ง ทำให้อีกด้านเป็นบวก โมเลกุลของขั้วเป็นกรณีหลัง การกระจายประจุที่ไม่สม่ำเสมอทำให้เกิดขั้วไฟฟ้าที่แตกต่างกัน

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

โมเลกุลขั้วมีประจุไฟฟ้าบวกอยู่ด้านหนึ่งและมีประจุลบอยู่ด้านตรงข้าม

ขั้วหรือไม่มีขั้วของโมเลกุลเป็นเรื่องเกี่ยวกับการกระจายประจุไฟฟ้าในอะตอม สำหรับอะตอมแต่ละตัว การกระจายประจุนั้นตรงไปตรงมา: โปรตอนที่มีประจุบวกล้วนอยู่ในนิวเคลียส และอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสนั้นเป็นลบทั้งหมด โปรตอนและอิเล็กตรอนสมดุลกันในอะตอมที่เป็นกลาง และอะตอมจะมีประจุลบหรือประจุบวกสุทธิถ้ามันได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน ไม่ว่าในกรณีใด หากผู้สังเกตการณ์ในจินตนาการตัวเล็ก ๆ "เห็น" ประจุไฟฟ้าของอะตอม ภายนอกก็จะดูเหมือนกันมาก ด้านใดด้านหนึ่งหรือส่วนใดส่วนหนึ่งไม่แตกต่างจากอีกด้านหนึ่งมากนัก

สำหรับโมเลกุล ภาพจะซับซ้อน พันธะระหว่างอะตอมอาจเป็นแบบปกติและเป็นระเบียบ หรืออาจถูกยืด งอ หรือทำให้ตึง

ปัจจัยที่แตกต่างกันสองสามประการส่งผลต่อรูปร่างของโมเลกุล รวมถึงอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่เกี่ยวข้อง จำนวนอะตอมในโมเลกุล และประเภทของพันธะระหว่างอะตอม หากโมเลกุลมีความสมมาตรสูง กล่าวคือ ถ้าอะตอมเป็นเส้นตรง วงแหวน หรือรูปร่างปกติอื่นๆ ที่มีด้านเท่ากัน มีโอกาสที่โมเลกุลนั้นจะไม่มีขั้ว ประจุลบของเมฆอิเล็กตรอนในรูปทรงดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะแผ่ออกไปทั่วทั้งโมเลกุล อย่างไรก็ตาม โมเลกุลที่มีส่วนที่ยื่นออกมา โค้งงอ นูน และหักงอมักมีขั้ว รูปร่างที่ไม่สม่ำเสมอของโมเลกุลเหล่านี้บังคับให้ประจุไฟฟ้ารวมตัวกัน ทำให้ด้านหนึ่งเป็นลบและอีกด้านหนึ่งเป็นบวกมากขึ้น

โมเลกุลมีขั้วหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับระดับ เมื่อปลายด้านหนึ่งของโมเลกุลมีค่าเป็นลบมากกว่าอีกด้านหนึ่ง นักเคมีเรียกมันว่าไดโพล มันมีขั้วไฟฟ้าที่แตกต่างกันสองขั้ว อันหนึ่งเป็นบวก อีกอันเป็นขั้วลบ ปริมาณความแตกต่างของประจุในโมเลกุลให้ปริมาณที่เรียกว่าโมเมนต์ไดโพล สำหรับโมเลกุลที่มีการกระจายประจุเท่ากัน โมเมนต์ไดโพลจะมีขนาดเล็ก แต่ด้วยความแตกต่างของประจุที่เพิ่มขึ้น โมเมนต์เชิงขั้วจะมีค่ามากขึ้น โมเมนต์ไดโพลบอกคุณว่าโมเลกุลมีขั้วอ่อนหรือแข็งเพียงใด

โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลส่งผลกระทบอย่างมากต่อพฤติกรรมของมัน ตัวอย่างเช่น น้ำเป็นโมเลกุลที่มีขั้ว อะตอมออกซิเจนดึงอิเล็กตรอนจากอะตอมไฮโดรเจนไปด้านหนึ่ง เผยให้เห็นโปรตอนและทำให้ด้านไฮโดรเจนเป็นบวกในขณะที่ด้านออกซิเจนกลายเป็นลบ แรงดึงดูดที่เป็นบวกและลบระหว่างโมเลกุลของน้ำทำให้พวกมันเรียงตัวกันเป็นกลุ่มเหมือนสายแม่เหล็กของเดซี่ สิ่งนี้ส่งผลต่อการที่ผลึกน้ำแข็งก่อตัวเป็นเกล็ดหิมะ และวิธีที่น้ำละลายสารที่มีขั้วและไอออนิกอื่นๆ