גורמים: קוטביות הקשר

מהי קוטביות הקשר הקוולנטי?

קוטביות הקשר הקוולנטי היא יצירת שני קטבים חשמליים (כלומר מטען חיובי ושלילי) בצדי הקשר כתוצאה מתנועה לא מאוזנת של האלקטרונים סביב גרעיני שני אטומי הקשר.

לדוגמה, הקשר בין מימן לפלואור במולקולת HF הוא קשר קוטבי. ניתן לראות בציור את האזורים בקשר בעלי מטען חיובי ושלילי.
נסמן את המטענים באות היוונית דלתא (קטנה): ẟ וסימן המטען לידה.

קוטביות הוא גודל בעל כיוון  (מהמטען החיובי לשלילי) ולכן נסמן אותו בעזרת חץ בכיוון המטען השלילי.

בציור המצורף ניתן לראות שני תיאורים של הקשר H-F אחד המתאר את ענן אלקטרוני הקשר וגרעיני האטומים והשני נוסחת ייצוג אלקטרונית של המולקולה HF. בשניהם הוספנו את המטענים החלקיים והקוטביות בצורה של חץ.

תיאורי הקשר H-F הכוללים מטענים חלקיים וקוטביות

סרטון על קוטביות של הקשר הקוולנטי 

מהי אלקטרושליליות של יסודות?

אלקטרושליליות של יסוד היא המידה שבה אטום היסוד מושך את אלקטרוני הקשר.
אטומים של יסודות שונים מושכים אתאלקטרוני הקשר במידה שונה בגלל הבדלים במטעני הגרעינים ובגודל האטומים ולכן האלקטרונים נעים בצורה לא סימטרית סביב שני גרעיני האטומים. הדבר גורם להיווצרות מטענים חלקיים הפוכים: מטען שלילי סביב לאטום המושך חזק יותר את האלקטרונים כלומר בעל האלקטרושליליות הגבוהה יותר וחיובי סביב לאטום המושך חלש יותר את אלקטרוני הקשר כלומר בעל האלקטרושליליות הנמוכה יותר.

בטבלה המצורפת ניתן לראות ערכי אלקטרושליליות. הערך הגבוה ביותר שייך ליסוד פלואור (4.0) שאר היסודות בעלי אלקטרושליליות קטנה יותר. החץ בטבלה מציין את כיוון הגידול של האלקטרושליליות בטבלה המחזורית.

טבלת אלקטרושליליות של יסודות

טבלת אלקטרושליליות עם חץ המציין כיוון הגידול שלה

מהם מטענים חלקיים ואיך הם נוצרים?

מטענים  חלקיים (+ẟ ו  -ẟ) הם מטענים חשמליים לא שלמים (לדוגמה 0.5+ או 0.7-). מטענים אלה נוצרים סביב לאטומי הקשר כתוצאה מתנועה לא מאוזנת של האלקטרונים בשל הפרש באלקטרושליליות של האטומים. 
ככל שההפרש באלקטרושליליות של האטומים גדל, המטענים החלקיים שנוצרים סביב לאטומים גדל.

באנימציה המצורפת ניתן לראות קשר בין שני אטומי מימן וקשר בין אטום מימן ופלואור. בקשר של מימן ופלואור נוצר מטען חלקי שלילי סביב לאטום ה-F (בעל אלקטרושליליות גבוהה – 4.0) ומטען חלקי חיובי סביב לאטום מימן (בעל אלקטרושליליות נמוכה – 2.1).

היווצרות מטענים חלקיים בקשר

איך משפיע קוטביות הקשר על אורך ואנרגיית הקשר הקוולנטי?

גורם הקוטביות: ככל שקוטביות הקשר גדלה, אורך הקשר קטן ואנרגיית הקשר גדלה.

נימוק: ככל שקוטביות הקשר גדלה, לרוב, נוצרים מטענים חלקיים  גדולים יותר סביב לאטומי הקשר. מטענים אלה בעלי סימן הפוך ולכן מושכים אחד את השני. כוח המשיכה מסוג זה, מתווסף לכוח המשיכה של אלקטרוני הקשר על גרעיני האטומים שבקשר. מסיבה זו, כוח המשיכה בין אטומי הקשר גדל ולכן האטומים מתקרבים אחד אל השני (אורך הקשר קטן) והאנרגיה הדרושה לפירוק הקשר גדלה (אנרגיית הקשר גדלה).

 

בסרטון המצורף הסבר מפורט על השפעת קוטביות הקשר על אורך הקשר ואנרגיית הקשר מלווה באנימציות.

השפעת קוטביות הקשר על אורך הקשר

השפעת קוטביות הקשר הקוולנטי על אורך הקשר ואנרגיית הקשר

סרטון: השפעת קוטביות הקשר על אורך ואנרגיית הקשר

מהם קשר קוולנטי טהור וקשר קוולנטי קוטבי?

ניתן למיין קשרים על פי הפרש הקוטביות לשלושה סוגים: קשר קוולנטי טהור,  קשר קוולנטי קוטבי וקשר יוני.
קשר קוולנטי טהור: קשר קוולנטי שההפרש בין ערכי האלקטרושליליות הוא אפס. כל הקשרים בין אטומים זהים הם מסוג זה. בנוסף, קשרים בין אטומי יסודות בעלי הפרש קטן מאוד באלקטרושליליות נחשבים בקירוב לטהורים.

קשר קוולנטי קוטבי: קשר קוולנטי שההפרש בין ערכי האלקטרושליליות של האטומים גדולה מאפס. בדרך כלל, הפרש מעל 2 נחשב לחומר יוני אולם גבול זה הוא מקורב ויש יוצאי דופן.

קשר יוני: קשר בין אטומים בעלי הפרש באלקטרושליליות גדול מ-2. כאמור, גבול זה מקורב ויש יוצאי דופן.
בציור המצורף מיוצגים דוגמאות של שלושת סוגי הקשר עם מודל של ענני הלאקטרונים שלהם.

תרגול

1. רשמו את המטענים החלקיים ( ẟ+ו-  ẟ-) לצדי הקשרים הבאים.

N-C    H-F, B-F, N-O, ,  N-Cl,   C -H,    S -Br,   Na-Cl,    I-I,    P-H

2. סדרו את הקשרים לפי סדר קוטביות עולה (תיעזרו בטבלת ערכי אלקטרושליליות של היסודות)

3. מיינו את הקשרים לקוולנטי טהור, קוולנטי קוטבי ויוני

4. נתונים שלושה קשרים:

N-C, N=C,       N≡C

סדרו את הקשרים לפי קוטביות עולה ונמקו את תשובתכם.

 

השארת תגובה