من الأسئلة الشائعة في مجال الكيمياء هو كيف تعمل قطبية جزيء الماء على جعله يتمتع بخصائصه، ومن الجدير بالذكر أن جزيء الماء يتمتع بتركيبة فريدة تمكنه من التأثير على العديد من العمليات الكيميائية والفيزيائية.
لقد ساهم العديد من العلماء في شرح خصائص جزيء الماء، وبعون الله تعالى سوف نتناول في هذا الموضوع إجابة السؤال بشكل مفصل حتى تكون الفكرة واضحة ومفهومة لدى الطلاب.
جدول المحتويات
ماذا تعني القطبية الكيميائية
القطبية الكيميائية تشير عادةً إلى انفصال جزئي للشحنات الكهربائية داخل الجزيء، مما يؤدي إلى تكوين عزم ثنائي أو متعدد القطبية. الجزيئات القطبية تتفاعل فيما بينها عبر قوى بين جزيئية قطبية، وكذلك من خلال الروابط الهيدروجينية. تعتمد القطبية الجزئية على اختلاف السالبية الكهربائية بين الذرات المختلفة في الجزيء.
على سبيل المثال، الماء يعد مركباً قطبياً نتيجة عدم التوازن في توزيع الإلكترونات بين الهيدروجين والأكسجين، بينما يعتبر الميثان غير قطبي نظراً لتوزيع الإلكترونات المتوازن بين الكربون والهيدروجين. القطبية الكهربائية تؤثر في خصائص عديدة مثل التوتر السطحي، الانحلالية، وأيضاً على درجات الغليان والانصهار.
تفسر القطبية الكيميائية عدة ظواهر مثل قدرة الحشرات على الوقوف فوق سطح الماء أو تجمد المسطحات المائية من الأعلى. يعود ذلك إلى خصائص الماء القطبية التي تمنحه هذه الميزات.
عندما ترتبط ذرتان قد لا يتم توزيع الإلكترونات بالتساوي بينهما يسبب القطبية، فالذرة ذات الكهرسلبية الأعلى تجذب الإلكترونات نحوها أكثر.
إقرأ أيضا:لماذا تحتاج المخلوقات الحيه الى اعضاء مختلفهالجزيئات يمكن أن تحتوي على روابط قطبية أو غير قطبية ويمكن تقسيمها إلى أيونات موجبة (δ+) أو سالبة (δ−)، وهو مفهوم قدمه كريستوفر إينغولد وإديث إينغولد في عام 1926.
فالعناصر ذات الكهرسلبية العالية مثل الأكسجين والفلور والنيتروجين تسحب الإلكترونات بقوة من العناصر ذات الكهرسلبية المنخفضة.
عندما يكون هناك فرق في الكهرسلبية يتراوح بين 0.4 و 1.7 تكون الرابطة قطبية أما إذا كان الفرق صفرا تكون الرابطة غير قطبية وهذا يعتمد على توزيع الإلكترونات بين الذرات.
مثال شائع على الجزيئات القطبية هو السكروز، الذي يتكون من جزيء فركتوز مرتبط بجزيء جلوكوز، حيث يحتوي على روابط قطبية بين الأكسجين والهيدروجين (-OH).
قطبية الماء
ذرة الأكسجين تحتوي على نواة محاطة بـ 8 إلكترونات، بينما ذرة الهيدروجين لديها نواة واحدة وإلكترون واحد فقط. الإلكترونات تميل للاستقرار عندما تصل لأعداد معينة مثل ٢ أو ١٠ أو ١٨ أو ٣٦ أو ٥٤ أو ٨٦، وهذا ما يجعل الذرات تسعى للوصول إلى هذه “الأرقام السحرية” من الإلكترونات.
فالذرات التي تمتلك هذه الأعداد تسمى “الذرات النبيلة” لأنها لا تتفاعل مع غيرها، مثل الهيليوم (2 إلكترونات) والنيون (10 إلكترونات).
ذرة الأكسجين تحتاج إلى إلكترونين إضافيين للوصول إلى الرقم السحري 10، بينما ذرة الهيدروجين تحتاج إلى إلكترون واحد لتصل إلى الرقم 2.
إقرأ أيضا:أي الخيارات تنطبق على التنفس الخلويلذا، تتحد ذرتان من الهيدروجين مع ذرة واحدة من الأكسجين لتشارك الإلكترونات، مما يمنح الأكسجين 10 إلكترونات والهيدروجين 2 إلكترونا لكل ذرة.
لكن يحدث شد وجذب بين الذرات حيث تسحب ذرة الأكسجين الإلكترونات نحوها بقوة أكبر بسبب كتلتها الأكبر مقارنة بالهيدروجين.
هذه القوة تجعل الإلكترونات أقرب إلى نواة الأكسجين مما يخلق فرقًا في الشحنات بين الأكسجين والهيدروجين ويؤدي إلى تكوين قطبين في جزيء الماء.
كيف تعمل قطبية جزيء الماء على جعله يتمتع بخصائصه
الماء يُعتبر من أكثر المركبات قطبية بسبب الفرق الكبير في الوزن الذري بين الأكسجين والهيدروجين، كجزيء قطبي يتفاعل مع الجزيئات القطبية الأخرى وحتى مع نفسه، حيث تعمل أقطابه على جذب المركبات المحيطة به، مما يجعله مركبا قوي الترابط.
هذه الخاصية تظهر في المركبات التي تتكون من ذرات مختلفة بسبب التفاوت في جذب الإلكترونات. لكن الماء يتميز بقطبيته العالية نظراً للاختلاف الكبير في الوزن الذري بين الأكسجين والهيدروجين، مما يؤدي إلى تكوين قطبين واضحين.
إقرأ أيضا:امثلة حول بيانات مخزنة في جداول من حياتنا العمليةتعتمد عملية ارتباط المركبات مع بعضها البعض دون تغيير في تركيبتها الكيميائية على وجود أقطاب في تلك المركبات.
على سبيل المثال عند استخدام الماء للتنظيف تعمل قطبيته على جذب المواد الأخرى. ومع ذلك، لا يستطيع الماء التفاعل مع المركبات غير القطبية مثل الدهون، ولذلك نحتاج إلى الصابون وذلك بسبب إحتوائه على جزء قطبي وآخر غير قطبي، مما يسمح له بالتفاعل مع المواد الدهنية من جهة والماء من جهة أخرى وبالتالي يمكنه إزالة الأوساخ وربطها بالماء لتنظيفها.