Ang polarity ng isang molekula ay isang mahalagang konsepto sa kimika na tumutukoy sa maraming katangian ng isang substance, tulad ng solubility, boiling point, at reaktibidad. Ang pag-unawa kung paano tukuyin ang polarity ng isang molekula ay mahalaga para sa mga estudyante ng kimika, mga chemist, at sinumang interesado sa kung paano nakikipag-ugnayan ang mga bagay sa antas ng molecular.
**Ano ang Polarity?**
Ang polarity ay tumutukoy sa hindi pantay na pamamahagi ng electron density sa loob ng isang molekula. Ito ay nangyayari kapag ang mga atomo na bumubuo sa molekula ay may magkaibang electronegativity. Ang Electronegativity ay ang kakayahan ng isang atomo na humatak ng mga electron patungo sa sarili nito sa loob ng isang chemical bond. Kapag ang isang atomo ay mas electronegative kaysa sa isa pa, ito ay hahatak ng mga electron patungo sa sarili nito, na magreresulta sa isang bahagyang negatibong charge (δ-) sa mas electronegative na atomo at isang bahagyang positibong charge (δ+) sa mas hindi gaanong electronegative na atomo.
Ang mga molekula na may hindi pantay na pamamahagi ng charge ay tinatawag na polar molecules. Ang mga molekula na may pantay na pamamahagi ng charge ay tinatawag na nonpolar molecules.
**Mga Hakbang sa Pagtukoy ng Polarity ng Isang Molekula**
Narito ang isang sunud-sunod na gabay sa kung paano tukuyin ang polarity ng isang molekula:
**Hakbang 1: Iguhit ang istruktura ng Lewis ng molekula.**
Ang istruktura ng Lewis ay isang diagram na nagpapakita ng mga atomo sa isang molekula at ang kanilang mga valence electron. Ang mga valence electron ay ang mga electron sa panlabas na shell ng isang atomo na kasangkot sa pagbuo ng chemical bond. Upang iguhit ang istruktura ng Lewis, sundin ang mga sumusunod na hakbang:
1. Bilangin ang kabuuang bilang ng mga valence electron sa molekula. Upang gawin ito, hanapin ang bawat elemento sa periodic table at tingnan ang bilang ng mga valence electron nito. Idagdag ang mga valence electron ng lahat ng mga atomo sa molekula.
2. Ikonekta ang mga atomo gamit ang single bond. Sa pangkalahatan, ang hindi gaanong electronegative na atomo ay ang sentrong atomo. Ang Hydrogen ay palaging terminal at hindi maaaring maging sentrong atomo. Ang carbon ay halos palaging nasa sentro.
3. Kumpletuhin ang octet sa paligid ng mga atomo (maliban sa hydrogen, na sinusunod ang duplet rule). Simulan ang pagpuno sa octet ng mga nakapaligid na atomo (terminal atoms) bago punan ang octet ng sentrong atomo.
4. Kung ang sentrong atomo ay walang octet, bumuo ng multiple bond (double o triple bond) sa pamamagitan ng paglilipat ng lone pair ng mga electron mula sa mga nakapaligid na atomo upang ibahagi sa sentrong atomo.
5. Kung mayroon pa ring natitirang mga electron pagkatapos makumpleto ang mga octet ng lahat ng mga atomo, ilagay ang mga ito sa sentrong atomo. Ang mga atomo sa ikatlong row at sa ibaba ng periodic table ay maaaring magkaroon ng higit sa walong electron sa kanilang valence shell (extended octet).
Halimbawa, iguhit natin ang istruktura ng Lewis ng tubig (H2O):
1. Ang oxygen (O) ay may 6 valence electron, at ang bawat hydrogen (H) ay may 1 valence electron. Kaya, ang kabuuang bilang ng mga valence electron ay 6 + 1 + 1 = 8.
2. Ang oxygen ay mas electronegative kaysa sa hydrogen, kaya ito ang magiging sentrong atomo. Ikonekta ang dalawang hydrogen atom sa oxygen atom gamit ang single bond (H-O-H).
3. Ang bawat hydrogen atom ay mayroon nang 2 electron (sumusunod sa duplet rule), kaya hindi na natin kailangang magdagdag ng anumang electron sa hydrogen atom. Ang oxygen atom ay mayroon lamang 4 na electron sa paligid nito. Kailangan natin ng apat pa.
4. Maglagay ng dalawang lone pair ng mga electron sa oxygen atom upang makumpleto ang octet nito.
Ang istruktura ng Lewis ng tubig ay:
H-O-H
..
..
**Hakbang 2: Tukuyin ang geometry ng molekula gamit ang VSEPR theory.**
Ang VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) theory ay nagsasaad na ang mga electron pair sa valence shell ng isang atomo ay magtataboy sa isa’t isa. Ang pagtatabuyan na ito ay magdudulot ng pag-aayos ng mga electron pair sa paligid ng atomo upang mabawasan ang pagtatabuyan. Ang geometry ng molekula ay ang tatlong-dimensional na pag-aayos ng mga atomo sa molekula.
Upang matukoy ang geometry ng molekula, bilangin ang bilang ng mga bonding pair at lone pair ng mga electron sa paligid ng sentrong atomo. Ang bilang ng mga bonding pair at lone pair ay tumutukoy sa steric number. Gamitin ang steric number at ang bilang ng mga lone pair upang matukoy ang geometry ng molekula gamit ang VSEPR theory table.
Halimbawa, ang tubig (H2O) ay may 2 bonding pair at 2 lone pair ng mga electron sa paligid ng oxygen atom. Kaya, ang steric number ay 4. Ang geometry ng molekula ay bent o angular.
Narito ang ilang karaniwang geometry ng molekula:
* Linear: Ang dalawang atomo ay konektado sa sentrong atomo sa isang linya (hal., CO2).
* Trigonal planar: Ang tatlong atomo ay konektado sa sentrong atomo sa isang patag na tatsulok (hal., BF3).
* Tetrahedral: Ang apat na atomo ay konektado sa sentrong atomo sa isang tetrahedral arrangement (hal., CH4).
* Bent o Angular: katulad ng tetrahedral ngunit may dalawang lone pair (hal., H2O)
* Trigonal pyramidal: katulad ng tetrahedral ngunit may isang lone pair (hal., NH3)
**Hakbang 3: Tukuyin ang electronegativity difference sa pagitan ng mga atomo.**
Ang electronegativity ay isang sukat ng kakayahan ng isang atomo na humatak ng mga electron patungo sa sarili nito sa loob ng isang chemical bond. Ang electronegativity ay sinusukat sa isang scale na tinatawag na Pauling scale, kung saan ang fluorine (F) ay may pinakamataas na electronegativity (3.98) at ang cesium (Cs) ay may pinakamababang electronegativity (0.79).
Ang electronegativity difference sa pagitan ng dalawang atomo ay ang pagkakaiba sa kanilang mga electronegativity value. Kung ang electronegativity difference ay malaki, ang bond ay polar. Kung ang electronegativity difference ay maliit, ang bond ay nonpolar.
Bilang isang pangkalahatang tuntunin:
* Kung ang electronegativity difference ay mas mababa sa 0.4, ang bond ay nonpolar covalent.
* Kung ang electronegativity difference ay nasa pagitan ng 0.4 at 1.7, ang bond ay polar covalent.
* Kung ang electronegativity difference ay mas malaki kaysa sa 1.7, ang bond ay ionic.
Upang tukuyin ang electronegativity difference sa pagitan ng mga atomo, hanapin ang mga electronegativity value ng mga atomo sa isang electronegativity chart. Pagkatapos, ibawas ang mas mababang value mula sa mas mataas na value.
Halimbawa, ang electronegativity ng oxygen (O) ay 3.44, at ang electronegativity ng hydrogen (H) ay 2.20. Kaya, ang electronegativity difference sa pagitan ng oxygen at hydrogen ay 3.44 – 2.20 = 1.24. Dahil ang electronegativity difference ay nasa pagitan ng 0.4 at 1.7, ang O-H bond ay polar covalent.
**Hakbang 4: Tukuyin ang bond dipoles.**
Ang bond dipole ay isang vector na nagpapakita ng direksyon ng polarity ng isang bond. Ang bond dipole ay nakaturo mula sa bahagyang positibong atomo (δ+) patungo sa bahagyang negatibong atomo (δ-). Ang haba ng bond dipole ay proporsyonal sa electronegativity difference sa pagitan ng mga atomo. Mas malaki ang electronegativity difference, mas mahaba ang bond dipole.
Upang tukuyin ang bond dipoles, iguhit ang mga arrow sa kahabaan ng bawat bond sa molekula. Ang arrow ay dapat tumuturo patungo sa mas electronegative na atomo. Gumamit ng isang maliit na simbolo ng delta (δ) na may positibo (+) o negatibo (-) sign upang ipahiwatig ang bahagyang charge sa bawat atomo.
Halimbawa, sa tubig (H2O), ang O-H bonds ay polar. Ang oxygen ay mas electronegative kaysa sa hydrogen, kaya ang bond dipoles ay nakaturo mula sa hydrogen atom patungo sa oxygen atom. Ang oxygen atom ay may bahagyang negatibong charge (δ-), at ang bawat hydrogen atom ay may bahagyang positibong charge (δ+).
**Hakbang 5: Tukuyin ang overall molecular dipole moment.**
Ang overall molecular dipole moment ay ang vector sum ng lahat ng individual bond dipoles sa molekula. Kung ang mga bond dipoles ay nagka-cancel, ang molekula ay nonpolar. Kung ang mga bond dipoles ay hindi nagka-cancel, ang molekula ay polar.
Mahalaga na ang geometry ng molekula ay nakakaapekto sa kung ang mga bond dipoles ay nagka-cancel o hindi. Ang mga simetrikal na molekula kung saan ang mga magkakaparehong atomo ay nakaayos nang simetrikal sa paligid ng sentrong atomo ay karaniwang nonpolar, dahil ang mga bond dipole ay nagka-cancel.
Halimbawa, ang carbon dioxide (CO2) ay isang linear molecule. Ang carbon at oxygen ay may pagkakaiba sa electronegativity, kaya ang bawat C=O bond ay polar. Ngunit dahil sa geometry ng molekula, ang dalawang bond dipoles ay nagka-cancel, at ang overall molecular dipole moment ay zero. Kaya, ang carbon dioxide ay isang nonpolar molecule.
Sa kaibahan, ang tubig (H2O) ay isang bent molecule. Ang oxygen at hydrogen ay may pagkakaiba sa electronegativity, kaya ang bawat O-H bond ay polar. Dahil sa geometry ng molekula, ang dalawang bond dipoles ay hindi nagka-cancel, at ang overall molecular dipole moment ay hindi zero. Kaya, ang tubig ay isang polar molecule.
**Mga Halimbawa**
Narito ang ilang karagdagang halimbawa ng kung paano tukuyin ang polarity ng isang molekula:
* Methane (CH4): Ang methane ay isang tetrahedral molecule. Ang carbon at hydrogen ay may maliit na electronegativity difference, kaya ang mga C-H bonds ay halos nonpolar. Dahil sa simetrikal na geometry, ang mga bond dipoles ay nagka-cancel, at ang methane ay isang nonpolar molecule.
* Ammonia (NH3): Ang ammonia ay isang trigonal pyramidal molecule. Ang nitrogen at hydrogen ay may pagkakaiba sa electronegativity, kaya ang mga N-H bonds ay polar. Dahil sa geometry ng molekula, ang mga bond dipoles ay hindi nagka-cancel, at ang ammonia ay isang polar molecule.
* Boron trifluoride (BF3): Ang BF3 ay isang trigonal planar molecule. Ang boron at fluorine ay may malaking pagkakaiba sa electronegativity, kaya ang mga B-F bonds ay polar. Dahil sa simetrikal na geometry, ang mga bond dipoles ay nagka-cancel, at ang boron trifluoride ay isang nonpolar molecule.
**Mahalagang Paalala**
* Kung ang lahat ng mga bond sa isang molekula ay nonpolar, kung gayon ang molekula ay nonpolar din.
* Kung ang isang molekula ay may polar bonds, ang polarity ng molekula ay nakasalalay sa geometry ng molekula.
* Ang mga simetrikal na molekula na may polar bonds ay maaaring maging nonpolar kung ang mga bond dipole ay nagka-cancel.
* Ang mga asymmetrical na molekula na may polar bonds ay karaniwang polar.
**Kahalagahan ng Polarity**
Ang polarity ng isang molekula ay may malaking epekto sa mga pisikal at kemikal na katangian nito. Halimbawa:
* **Solubility:** Ang mga polar na substance ay karaniwang natutunaw sa mga polar na solvents (tulad ng tubig), habang ang mga nonpolar na substance ay karaniwang natutunaw sa mga nonpolar na solvents (tulad ng benzene). Ito ay kilala bilang “like dissolves like”.
* **Boiling point:** Ang mga polar na substance ay may mas mataas na boiling point kaysa sa mga nonpolar na substance na may katulad na molecular weight. Ito ay dahil sa mga intermolecular forces na mas malakas sa mga polar na substance.
* **Reaktibidad:** Ang polarity ng isang molekula ay maaaring makaapekto sa kung paano ito nakikipag-reaksyon sa iba pang mga molekula.
**Konklusyon**
Ang pagtukoy ng polarity ng isang molekula ay isang mahalagang kasanayan sa kimika. Sa pamamagitan ng pagsunod sa mga hakbang na nakabalangkas sa artikulong ito, maaari mong tukuyin ang polarity ng halos anumang molekula. Ang pag-unawa sa polarity ay nagbibigay daan upang maunawaan ang maraming katangian ng mga sangkap at kung paano sila nakikipag-ugnayan sa isa’t isa.
**Mga Karagdagang Tip**
* Magpraktis ng maraming halimbawa. Ang mas maraming pagsasanay, mas magiging komportable ka sa proseso.
* Gumamit ng molecular modeling software upang mailarawan ang mga molekula at ang kanilang mga bond dipole.
* Kumonsulta sa iyong textbook o instructor kung mayroon kang anumang mga katanungan.
Umaasa ako na ang artikulong ito ay nakatulong sa iyo na maunawaan kung paano tukuyin ang polarity ng isang molekula. Good luck sa iyong pag-aaral ng kimika!