قطبية الجزيء – السالبية الكهربائية وثنائيات قطب الروابط وثنائي قطب الجزيء
الكيمياءالروابط الكيميائية15–16 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلثلاث شاشات لاستكشاف قطبية الجزيئات. ذرتان: غيّر السالبية الكهربائية χ للذرتين A و B لترى كيف تتغير الشحنتان الجزئيتان δ+/δ− وسهم ثنائي القطب ونوع الرابطة بحسب Δχ؛ وشغّل المجال الكهربائي بين لوحي مكثف لترى الجزيء القطبي يدور ليصطف معه. ثلاث ذرات: غيّر السالبية الكهربائية للذرات A و B (في الوسط) و C، واسحب لتغيير زاوية الرابطة A–B–C، لترى كيف يُجمع ثنائيا قطب الرابطتين جمعًا متجهيًا في ثنائي قطب الجزيء (ويُلغي أحدهما الآخر عندما يكون الجزيء خطيًا و χ(A) = χ(C)). جزيئات حقيقية (3D): أدر نماذج الكرة والعصا لـ H₂ و HF و H₂O و NH₃ و CO₂ و HCN و BF₃ و CH₄ و CH₃F بقيم السالبية الكهربائية لباولنغ، مع سطح الجهد الكهروستاتيكي أو الكثافة الإلكترونية وأسهم ثنائيات القطب. مقتبسة من محاكاة "Molecule Polarity" من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)؛ وأُعيدت كتابتها.
الدرس: الرابطة التساهمية
ماذا تعرض
تقيس السالبية الكهربائية χ قدرة الذرة على جذب زوج الإلكترونات المشترك في الرابطة. فإذا اختلفت قيمتا χ للذرتين انزاح الزوج نحو الذرة الأعلى سالبية، فتحمل شحنة جزئية δ− وتحمل الأخرى δ+، وتصبح الرابطة قطبية. أما قطبية الجزيء فلا تحددها الروابط وحدها، بل شكله أيضًا: فثنائي قطب الجزيء هو المجموع المتجهي لثنائيات قطب الروابط. لذلك تكون جزيئات CO₂ و BF₃ و CH₄ غير قطبية رغم أن روابطها قطبية، لأن التماثل يجعل ثنائيات القطب يلغي بعضها بعضًا، بينما يبقى H₂O و NH₃ قطبيين لأن شكليهما غير متماثلين. ولا يدير المجال الكهربائي إلا الجزيئات القطبية.
طريقة الاستخدام
في شاشة «ذرتان» غيّر السالبية الكهربائية للذرتين A و B، ولاحظ اتجاه سهم ثنائي القطب ونوع الرابطة على شريط Δχ، ثم فعّل «المجال الكهربائي (لوحا مكثف)». في «ثلاث ذرات» اسحب A أو C لتغيير الزاوية، وابحث عن حالة يلغي فيها ثنائيا القطب أحدهما الآخر. في «جزيئات حقيقية (3D)» اختر جزيئًا، وفعّل «ثنائي قطب الجزيء (المحصّل)»، واجعل «السطح» على «الجهد الكهروستاتيكي».
المعاملات القابلة للتغيير
- الشاشة ذرتان, ثلاث ذرات, جزيئات حقيقية (3D)
- السالبية الكهربائية للذرة A (ذرتان) 1–4
- السالبية الكهربائية للذرة B (ذرتان) 1–4
- السالبية الكهربائية للذرة A (ثلاث ذرات) 1–4
- السالبية الكهربائية للذرة المركزية B (ثلاث ذرات) 1–4
- السالبية الكهربائية للذرة C (ثلاث ذرات) 1–4
- زاوية الرابطة A–B–C (ثلاث ذرات) 60–180 °
- تشغيل المجال الكهربائي (لوحا مكثف)
- السطح بدون, الجهد الكهروستاتيكي, الكثافة الإلكترونية
- إظهار الشحنات الجزئية (δ)
- إظهار ثنائيات قطب الروابط
- إظهار ثنائي قطب الجزيء (المحصّل)
- جزيء حقيقي H₂ (الهيدروجين), HF (فلوريد الهيدروجين), H₂O (الماء), NH₃ (الأمونيا), CO₂ (ثاني أكسيد الكربون), HCN (سيانيد الهيدروجين), BF₃ (ثلاثي فلوريد البورون), CH₄ (الميثان), CH₃F (فلوروميثان)
أسئلة للاستكشاف
- لماذا يكون جزيء CO₂ غير قطبي مع أن كل رابطة C=O فيه قطبية؟
- ماذا يحدث لثنائي قطب الجزيء في شاشة «ثلاث ذرات» عندما تجعل χ(A) = χ(C) وتسحب الزاوية إلى 180°؟
- لماذا يكون CH₃F قطبيًا بينما CH₄ غير قطبي، مع أن شكل كل منهما رباعي السطوح؟
