فيديو السؤال: تحديد إذا ما كان يجب تصنيف بعض المركبات الجزيئية البسيطة الشائعة بأنها مذيبات قطبية أو غير قطبية الكيمياء • الصف الأول الثانوي

نسخة الفيديو النصية

أي الجزيئات الآتية مذيب غير قطبي؟ أ: حمض الأسيتيك، ب: الأمونيا، ج: الإيثانول، د: الماء، هـ: البنزين.

في هذا السؤال، لدينا أسماء خمسة مركبات مختلفة، ويتعين علينا تحديد أي منها مذيب غير قطبي. أولًا، المذيب هو المكون الرئيسي للمحلول الذي يذوب فيه المذاب. يمكن تصنيف المذيبات بأنها قطبية أو غير قطبية. تعد قابلية ذوبان المذاب في المذيب وتكوين محلول خاصية تسمى «الذوبانية». وأحد العوامل التي تحدد إذا ما كان المذاب سيذوب في مذيب قطبي أو غير قطبي هو كيفية توزيع الإلكترونات في الجزيئات.

يجب أن يحتوي الجزيء القطبي على رابطة قطبية واحدة على الأقل. تكون الرابطة التساهمية قطبية إذا كانت الذرات الموجودة في الرابطة بينها فرق كبير في قيم السالبية الكهربية. الروابط التساهمية القطبية لها فرق في السالبية الكهربية يتراوح تقريبًا بين 0.4 و1.8. تقيس السالبية الكهربية ميل الذرة لجذب إلكتروني الترابط في الرابطة الكيميائية. في الرابطة القطبية، تسحب الذرة التي لها قيمة سالبية كهربية أعلى معظم الكثافة الإلكترونية من الذرة التي لها قيمة سالبية كهربية أقل، لكن امتلاك روابط قطبية لا يضمن قطبية الجزيء. لذا علينا أيضًا أن نفحص التركيب الكيميائي للجزيء.

في الجزيئات القطبية، لا تكون الروابط القطبية مرتبة بطريقة متماثلة. وهذا يعني أن الأجزاء المختلفة من الجزيء ستكون لها شحنة كهربية مختلفة، وهو ما ينتج عنه عزم ثنائي القطب الكهربي دائم. قد تحتوي الجزيئات غير القطبية على روابط قطبية أو لا تحتوي عليها، لكن إذا كانت تحتوي على روابط قطبية، فستكون الروابط مرتبة بطريقة متماثلة. جميع أجزاء الجزيئات غير القطبية لها الشحنة الكهربية نفسها تقريبًا. وبناء عليه، فإن الجزيئات غير القطبية ليست لها عزوم ثنائية القطب.

تتمثل مهمتنا لحل هذه المسألة في تحديد إذا ما كانت هناك أي روابط قطبية في الجزيئات، ثم نلقي نظرة على التركيب الجزيئي لتحديد إذا ما كانت الجزيئات قطبية أو غير قطبية. لنبدأ بالخيار أ. حمض الأسيتيك هو حمض كربوكسيلي. فهو يحتوي على مجموعة الكربوكسيل الوظيفية أو ‪COOH‬‏. دعونا نرسم صيغة بنائية لحمض الأسيتيك. تحتوي مجموعة الكربوكسيل الوظيفية على ذرة كربون، وذرتي أكسجين، وذرة هيدروجين.

ليس من الضروري استخدام قيم السالبية الكهربية الدقيقة لحل هذه المسألة إذا استطعنا تذكر أن السالبية الكهربية تزداد عند التحرك من اليسار إلى اليمين في أي دورة ومن الأسفل إلى الأعلى في أي مجموعة من الجدول الدوري. ومن ثم، فإن الأكسجين له قيمة سالبية كهربية أكبر من قيمة كل من الكربون والهيدروجين. في الرابطة المزدوجة بين الكربون والأكسجين والرابطة الأحادية بين الكربون والأكسجين، يكون الفرق في قيم السالبية الكهربية هو 0.8، وهو ما يعني أن هذه الروابط قطبية. أما بالنسبة إلى الرابطة الأحادية بين الأكسجين والهيدروجين، فإن الفرق في السالبية الكهربية هو 1.2، وهو ما يعني أن هذه الرابطة قطبية أيضًا. وفي جميع هذه الروابط، يكون للأكسجين قيمة سالبية كهربية أعلى، وهو ما يعني أن ذرات الأكسجين ستجذب معظم الكثافة الإلكترونية. وبذلك نجد أن ذرتي الأكسجين في مجموعة الكربوكسيل ستكون لهما شحنة سالبة جزئية، وذرتي الكربون والهيدروجين ستكون لهما شحنة موجبة جزئية.

يحتوي الجزء المتبقي من جزيء حمض الأسيتيك على روابط أحادية بين الكربون والهيدروجين فقط. يعد الفرق في السالبية الكهربية بين ذرة كربون وذرة هيدروجين صغيرًا جدًّا، حوالي 0.4. وهذا يعني أن الروابط الأحادية الثلاث بين الكربون والهيدروجين هي روابط غير قطبية، ولن تحمل أي من الذرات الموجودة في هذه الروابط شحنات جزئية. يمكننا أن نلاحظ من التركيب الجزيئي أن الشحنة الكهربية لمجموعة الكربوكسيل ستختلف عن الشحنة الكهربية لبقية الجزيء. وبناء عليه، فإن جزيئات حمض الأسيتيك قطبية، وحمض الأسيتيك مذيب قطبي.

ننتقل بعد ذلك للخيار ب، دعونا نرسم الصيغة التوضيحية للأمونيا. الذرة المركزية للجزيء هي النيتروجين، وهناك ثلاث روابط تساهمية مع ذرات هيدروجين. الفرق في السالبية الكهربية بين ذرة نيتروجين وذرة هيدروجين هو 0.8، وهو ما يعني أن هذه الروابط الثلاث قطبية. وفي كل رابطة، يجذب النيتروجين الكثافة الإلكترونية بقوة أكبر، تاركًا النيتروجين بشحنة سالبة جزئية، وذرات الهيدروجين بشحنات موجبة جزئية. ونظرًا لأن هذه الروابط ليست مرتبة بطريقة متماثلة، فإن الروابط الثنائية القطب تعزز بعضها بعضًا بدلًا من أن تلغي بعضها بعضًا. وهذا يعطي جزيء الأمونيا عزمًا ثنائي القطب الكهربي. وبناء على ذلك، تتألف الأمونيا من جزيئات قطبية وهي مذيب قطبي.

الآن، دعونا ننظر إلى الخيار ج. الإيثانول كحول، وهو ما يعني أن جزيئات الإيثانول تحتوي على مجموعة الهيدروكسيل أو ‪OH‬‏. يحتوي جزيء الإيثانول على رابطتين قطبيتين، وهما الرابطة الأحادية بين الأكسجين والهيدروجين والرابطة الأحادية بين الكربون والأكسجين. قيمة السالبية الكهربية للأكسجين أكبر بكثير من الذرتين الأخريين. وفي كل رابطة، تجذب ذرة الأكسجين الكثافة الإلكترونية بقوة أكبر. لذلك، تشير الرابطتان الثنائيتا القطب إلى ذرة الأكسجين. ونظرًا لوجود زوجين حرين من الإلكترونات في ذرة الأكسجين، فإن هذا الجزء من الجزيء له شكل منحنى وغير متماثل. وهذا يعني أن جزيء الإيثانول له عزم ثنائي القطب وهو جزيء قطبي. وبناء عليه، فإن الإيثانول مذيب قطبي.

الآن، ربما نكون على دراية جيدة بالتركيب الجزيئي للماء، الذي يتألف من رابطتين قطبيتين أحاديتين بين الأكسجين والهيدروجين. للأكسجين سالبية كهربية أكبر من الهيدروجين. لذا، تشير الرابطتان الثنائيتا القطب إلى ذرة الأكسجين. ونظرًا لأن جزيء الماء له شكل منحنى وغير متماثل، فإن هاتين الرابطتين الثنائيتي القطب تعزز كل منهما الأخرى. وبناء على ذلك، يتألف الماء من جزيئات قطبية ويصنف بأنه مذيب قطبي.

أما بالنسبة إلى الخيار هـ، فإن الصيغة الكيميائية للبنزين هي ‪C6H6‬‏. والروابط التساهمية بين ذرتي الكربون والهيدروجين في البنزين هي روابط غير قطبية. وذلك لأن الفرق في السالبية الكهربية بين الكربون والهيدروجين هو 0.4 فقط. ونظرًا لأن البنزين يحتوي على روابط غير قطبية فقط، فهو يتألف من جزيئات غير قطبية، ومن ثم فهو مذيب غير قطبي.

أي الجزيئات الآتية مذيب غير قطبي؟ الإجابة الصحيحة هي البنزين، أو الخيار هـ.