ความแตกต่างระหว่างแบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว (แบบมีตาราง)

ในวิชาเคมี พันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมสามารถจำแนกได้เป็นแบบมีขั้วหรือไม่มีขั้ว ขึ้นอยู่กับว่าอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันของพวกมันมีการกระจายตัวระหว่างองค์ประกอบทั้งสองที่พวกมันจับอยู่ด้วยกัน

โพลาร์กับไม่มีโพลาร์

ความแตกต่างคือพันธะมีขั้วจะมีการกระจายอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมที่ถูกผูกมัดทั้งสองอย่างไม่สม่ำเสมอ ในขณะที่พันธะที่ไม่มีขั้วจะมีอิเล็กตรอนร่วมกันอย่างเท่าเทียมกัน ไม่ว่าพันธะระหว่างสองอะตอมจะเป็นแบบมีขั้วหรือไม่มีขั้วนั้นถูกกำหนดโดยระดับความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของธาตุ (เรียกว่า X) ซึ่งสามารถอธิบายได้ว่าเป็นความเข้มของการดึงดูดของอิเล็กตรอนร่วมกับองค์ประกอบที่กำหนด

พันธะโควาเลนต์แบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว ซึ่งหมายถึงการเชื่อมต่อของอะตอมแต่ละอะตอม ไม่ควรสับสนกับโมเลกุลแบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว ซึ่งอาจประกอบด้วยอะตอมและพันธะที่แตกต่างกันมากมาย ทั้งแบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว

ตารางเปรียบเทียบระหว่างพันธบัตรแบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว (ในรูปแบบตาราง)

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	พันธบัตรขั้วโลก	พันธบัตรที่ไม่มีขั้ว
พันธะสองธาตุเดียวกัน	ไม่	ใช่
ความต่างศักย์ไฟฟ้า	0.5-1.7	0-0.4
ทำให้เกิดประจุโมเลกุล	ด้านลบเล็กน้อยและด้านบวกที่ปลายอีกด้านหนึ่ง	โมเลกุลที่มีประจุเป็นกลาง
การแบ่งปันอิเล็กตรอนที่เท่าเทียมกัน	ไม่	ใช่
จุดเดือดและจุดหลอมเหลว	หลากหลาย	โดยทั่วไปต่ำมาก

โพลาร์บอนด์คืออะไร?

พันธะมีขั้วเป็นสารเคมีที่รวมตัวกันของสององค์ประกอบโดยมีความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้มากกว่า 0.4 และน้อยกว่า 1.8

อิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะถูกใช้ร่วมกันระหว่างอะตอมทั้งสองที่เชื่อมต่อกัน (เรียกว่าโมเลกุล) อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ทำให้อิเล็กตรอนที่ไหลเวียนรอบนิวเคลียสของแต่ละอะตอมมีการกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอระหว่างทั้งสอง

อิเล็กตรอนจะถูกกระจายอย่างพิเศษรอบๆ นิวเคลียสของอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงกว่า เช่น ในโมเลกุลของน้ำ ซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนสองอะตอม (X = 2.2) ที่ติดอยู่ด้านข้างของอะตอมออกซิเจนหนึ่งตัว (X = 3.44) อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันซึ่งประกอบขึ้นเป็นโมเลกุลของน้ำจะใช้เวลาหมุนเวียนนิวเคลียสของอะตอมออกซิเจนเป็นระยะเวลานานขึ้น

ในกรณีนี้ จำนวนอิเล็กตรอนที่ดึงดูดโดยอะตอมออกซิเจนที่สูงขึ้นจะส่งผลให้ปลายออกซิเจนของโมเลกุลน้ำมีประจุลบเล็กน้อย (เรียกว่าโมเมนต์ไดโพล) และไฮโดรเจนจะมีประจุบวกเล็กน้อย สิ่งนี้เรียกว่าโมเลกุลมีขั้ว เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าพันธะโควาเลนต์มีขั้วไม่ได้ส่งผลให้เกิดโมเลกุลมีขั้วขึ้นเสมอไป ในหลายกรณี สิ่งนี้เป็นจริง อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงทางเรขาคณิตของอะตอมภายในโมเลกุลที่กำหนด ความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของพันธะขั้วบางชนิดอาจจบลงด้วยการหักล้างซึ่งกันและกัน ตัวอย่างหนึ่งของสิ่งนี้คือโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ซึ่งมีโมเลกุลออกซิเจนติดอยู่ที่ปลายทั้งสองของโมเลกุลคาร์บอน การจัดเรียงเชิงเส้นส่งผลให้เกิดประจุลบ ที่ปลายทั้งสองของโมเลกุลเท่ากัน และถึงแม้อะตอมของคาร์บอนที่อยู่ตรงกลางของโมเลกุลจะมีประจุเป็นบวก เราก็จะได้พันธะที่มีขั้วสองขั้วภายในโมเลกุลที่ไม่มีขั้วเพียงโมเลกุลเดียว

Non-Polar Bond คืออะไร?

หากพันธะมีขั้วเป็นพันธะที่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันมีการกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอระหว่างสองอะตอม ก็มีเหตุผลว่าเมื่ออิเล็กตรอนถูกแบ่งอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งสองอะตอม พันธะที่ได้จะเรียกว่าไม่มีขั้ว

ความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ในพันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วต้องอยู่ระหว่าง 0-0.4 เพื่อให้อิเล็กตรอนที่มีประจุลบมีการแบ่งกันอย่างเท่าเทียมกัน (หรือใกล้เคียงกันมาก) ระหว่างอะตอมทั้งสองเนื่องจากขาดแม่เหล็กไฟฟ้า "ดึง" จากอะตอมใดอะตอมหนึ่ง พันธะโควาเลนต์แบบไม่มีขั้วดังกล่าวมักเกิดขึ้นเมื่ออะตอมของธาตุที่กำหนดมารวมกับธาตุอื่นที่เหมือนกัน เช่น O2 (ออกซิเจน) H2 (ไดไฮโดรเจน) และ O3 (โอโซน) พันธะเหล่านี้ถือเป็นพันธะที่แรงมากและ ต้องการพลังงานจำนวนมากในการตัดไฟ อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กรณีเสมอไป คาร์บอน (X= 2.55) และไฮโดรเจน (X= 2.2) สามารถพบได้ในสารประกอบอินทรีย์จำนวนมาก และเนื่องจากความแตกต่างเล็กน้อยของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ (0.35) จึงถือเป็นพันธะไม่มีขั้ว พันธะประเภทนี้ มีความสำคัญมากในด้านชีววิทยา โมเลกุลที่ให้ชีวิตของออกซิเจนและโอโซนเกิดขึ้นได้จากพันธะที่ไม่มีขั้ว แม้แต่ภายในร่างกายของเรา เราก็มีสายเปปไทด์ของกรดอะมิโนที่เชื่อมต่อกันผ่านพันธะที่ไม่มีขั้วและช่วยสร้าง DNA ของเรา

ความแตกต่างหลักระหว่างพันธบัตรแบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว

1. ในพันธะที่มีขั้ว อิเล็กตรอนจะสัมพันธ์กับองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงกว่า อย่างไรก็ตาม พันธะที่ไม่มีขั้วจะอยู่ระหว่างองค์ประกอบที่มีค่า X เท่ากันหรือใกล้เคียงกันมาก ดังนั้นจึงมีการกระจายอิเล็กตรอนที่เท่ากันทั้งสองด้านของพันธะ.
2. เมื่ออิเล็กตรอนถูกกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอผ่านพันธะที่มีขั้ว สิ่งที่เรียกว่าโมเมนต์ไดโพลจะตามมา ซึ่งส่งผลให้เกิดความแตกต่างเล็กน้อยในประจุไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองของอะตอมที่ถูกพันธะ อย่างไรก็ตาม โมเมนต์ไดโพลไม่เกิดขึ้นในพันธะไม่มีขั้ว
3. หลังจากโมเมนต์ไดโพลในพันธะโพลาร์ อะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงกว่าจะมีประจุลบเล็กน้อยเนื่องจากมีอิเล็กตรอนจำนวนมากขึ้น ทำให้ปลายอีกด้านเป็นบวกเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบ
4. สิ่งนี้สามารถเปรียบเทียบได้กับพันธะที่ไม่มีขั้ว โดยที่เรามีประจุเป็นศูนย์หรือแตกต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากการกระจายตัวของอิเล็กตรอนที่เท่ากันทั่วองค์ประกอบที่ถูกยึดเหนี่ยว
5. โดยปกติพันธะไม่มีขั้วจะเกิดขึ้นระหว่างธาตุที่เหมือนกันหรือคล้ายคลึงกันทางไฟฟ้ามาก ซึ่งหมายความว่ายากมากและต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการแยกออก อย่างไรก็ตาม พันธะขั้วระหว่างองค์ประกอบที่แตกต่างกันมักจะแตกหักง่ายกว่า

บทสรุป

วิธีที่อิเล็กตรอนร่วมกันเคลื่อนที่ระหว่างอะตอมต่างๆ จะได้รับอิทธิพลโดยตรงจากพันธะที่มีขั้วหรือไม่มีขั้ว และมีส่วนในการกำหนดลักษณะของประจุไฟฟ้าของโมเลกุลที่เกิด พันธะโพลาร์ส่งผลให้อิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นสุทธิ การมีอยู่รอบองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงกว่า ในขณะที่พันธะที่ไม่มีขั้วรวมองค์ประกอบสององค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตีเท่ากันหรือคล้ายกันมาก ดังนั้นจึงมีลักษณะเฉพาะด้วยการกระจายอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองอย่างเท่าเทียมกัน

1. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/i160009a001
2. https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4772647