เมื่ออะตอม 2 อะตอมมาสร้างพันธะโคเวเลนต์กัน จะมีการนำอิเล็กตรอนมาใช้ร่วมกัน แต่เนื่องจากความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนของธาตุแต่ละชนิดอาจเท่ากันหรือไม่เท่ากันก็ได้ ดังนั้น การกระจายตัวของอิเล็กตรอนจึงไม่เท่ากัน เรียกว่า ไดโพลโมเมนต์ (dipole moment) หรือสภาพขั้ว ซึ่งแบ่งออกเป็นสภาพขั้วของพันธะ และสภาพขั้วของโมเลกุล
ค่าที่บอกถึงความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนของธาตุในรูปสารประกอบ เรียกว่า ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี (Electronegativity : EN) ซึ่งค่า EN จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับประจุที่อยู่ในนิวเคลียส และระยะห่างระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอน
สภาพขั้วที่พบในโมเลกุลโคเวเลนต์สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ สภาพขั้วของพันธะ ซึ่งเป็นผลต่างของค่า EN ของธาตุที่มาสร้างพันธะกัน และสภาพขั้วของโมเลกุล ซึ่งเป็นผลรวมของสภาพขั้วของพันธะ
1. สภาพขั้วของพันธะ เป็นการพิจารณาสภาพขั้วเฉพาะคู่ของธาตุที่มาสร้างพันธะกัน โดยแบ่งสภาพขั้วของพันธะออกได้เป็น 2 แบบ ดังนี้
1) พันธะไม่มีขั้ว (non-polar covalent bond) เป็นพันธะที่เกิดจากธาตุชนิดเดียวกันมาสร้างพันธะร่วมกัน จึงทำให้มีการกระจายของอิเล็กตรอนเท่า ๆ กัน ระหว่าง 2 อะตอม พันธะโคเวเลนต์แบบไม่มีขั้วเมื่อนำไปไว้ในสนามแม่เหล็ก จะไม่เกิดการเบี่ยงเบน พันธะโคเวเลนต์แบบไม่มีขั้ว อาจพบได้ทั้งในพันธะเดี่ยว พันธะคู่ และพันธะสาม
2) พันธะมีขั้ว (polar covalent bond) เป็นพันธะที่เกิดจากธาตุต่างชนิดสร้างพันธะร่วมกัน ทำให้มีการกระจายของอิเล็กตรอนไม่เท่ากันระหว่าง 2 อะตอม โดยด้านอโลหะที่มีค่า EN สูงกว่า จะมีการกระจายตัวของอิเล็กตรอนสูง จะมีสภาพเป็นประจุลบ ส่วนด้านอโลหะที่มีค่า EN ต่ำกว่าจะมีการกระจายตัวของอิเล็กตรอนน้อย จะมีสภาพเป็นประจุบวก การแสดงสภาพขั้วของพันธะนิยามใช้เครื่องหมาย โดยที่ด้านหัวลูกศรเป็นด้านที่แทนประจุลบ ส่วนอีกด้านหนึ่งจะแทนประจุบวก พันธะมีขั้วเมื่อนำไปไว้ในสนามแม่เหล็กจะเกิดการเบี่ยงเบน ตัวอย่างของพันธะมีขั้ว เช่น พันธะในโมเลกุลของ HF HCl HBr ClF เป็นต้น
(เอาแค่รูป ไม่เอาตัวอักษรค่ะ)
ความแรงของขั้วในพันธะโคเวเลนต์จะพิจารณาจากผลต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี (EN) ของอะตอมที่มาสร้างพันธะกัน โดยถ้าอะตอมที่มาสร้างพันธะกันมีผลต่างของค่า EN มาก พันธะนั้นจะมีสภาพขั้วไฟฟ้ามาก แต่ถ้าผลต่างของค่า EN น้อย พันธะนั้นจะมีสภาพขั้วไฟฟ้าน้อย เช่น
HF H มีค่า EN = 2.20 ส่วน F มีค่า EN = 3.98
ผลต่างของค่า EN มีค่าเท่ากับ 3.98 – 2.20 = 1.78
HCl H มีค่า EN = 2.20 ส่วน Cl มีค่า EN = 3.16
ผลต่างของค่า EN มีค่าเท่ากับ 3.16 – 2.20 = 0.96
จะเห็นว่า ผลต่างของค่า EN ที่เกิดในพันธะ HF > HCl ดังนั้น สภาพขั้วของพันธะ HF > HCl ด้วย
2. สภาพขั้วของโมเลกุล เป็นผลรวมของสภาพขั้วของพันธะแบบเวกเตอร์ ซึ่งในการพิจารณาว่า โมเลกุลใดเป็นโมเลกุลโคเวเลนต์แบบมีขั้วหรือไม่มีขั้วนั้น สามารถพิจารณาได้ 2 กรณี ดังนี้
กรณีที่ 1 โมเลกุลมีเพียง 2 อะตอม การพิจารณาสภาพขั้วของโมเลกุลทำได้ ดังนี้
-
ถ้าโมเลกุลโคเวเลนต์ที่พิจารณามีเพียง 2 อะตอม และทั้ง 2 อะตอมนั้นเป็นธาตุชนิดเดียวกัน โมเลกุลนั้นจะเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว เช่น H2 F2 O2 N2 เป็นต้น
-
ถ้าโมเลกุลโคเวเลนต์ที่พิจารณามีเพียง 2 อะตอม และทั้ง 2 อะตอมนั้นเป็นธาตุต่างชนิดกัน โมเลกุนั้นจะเป็นโมเลกุลมีขั้ว เช่น HF HCl HBr HI ClF เป็นต้น
กรณีที่ 2 โมเลกุลที่มีตั้งแต่ 3 อะตอมขึ้นไป พิจารณาสภาพขั้วของโมเลกุลได้ ดังนี้
-
วาดรูปร่างของโมเลกุลโคเวเลนต์ที่ต้องการพิจารณาให้ถูกต้อง
-
เขียนลูกศรแสดงสภาพขั้วของพันธะ
-
หาแรงลัพธ์ของสภาพขั้วแบบเวกเตอร์ โดย
ถ้าแรงลัพธ์ไม่เป็นศูนย์ แสดงว่า โมเลกุลนั้นเป็นโมเลกุลมีขั้ว (dipole molecule)
ถ้าแรงลัพธ์เป็นศูนย์ แสดงว่า โมเลกุลนั้นเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว (non-dipole molecule)
ผลต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมที่มาสร้างพันธะกันนั้นเป็นปัจจัยหนึ่งที่ใช้ในการบอกความเป็นพันธะไอออนิกหรือพันธะโคเวเลนต์ของสารประกอบได้ ดังนี้
-
พันธะโคเวเลนต์แบบไม่มีขั้ว จะมีผลต่างของค่า EN น้อยกว่า 0.4
-
พันธะโคเวเลนต์แบบมีขั้ว จะมีผลต่างของค่า EN อยู่ระหว่าง 0.4 ถึง 2.0
-
พันธะไอออนิก จะมีผลต่างของค่า EN มากกว่า 2.0
ในโมเลกุลโคเวเลนต์บางโมเลกุลอาจเป็นได้ทั้งโมเลกุลที่มีขั้ว หรือไม่มีขั้วก็ได้ ซึ่งทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการเขียนสูตรโครงสร้าง จึงสามารถสรุปเกี่ยวกับสภาพขั้วของโมเลกุล ได้ดังนี้
-
โมเลกุลโคเวเลนต์ที่มีพันธะโคเวเลนต์แบบไม่มีขั้ว โมเลกุลจะไม่มีขั้วด้วย
-
โมเลกุลโคเวเลนต์ที่มีพันธะโคเวเลนต์แบบมีขั้ว โมเลกุลอาจจะมีขั้วหรือไม่มีขั้วก็ได้ โดยสภาพขั้วของโมเลกุลจะขึ้นอยู่กับผลรวมเวกเตอร์ของทุกพันธะในโมเลกุล ดังนี้
-
ถ้าผลรวมเวกเตอร์หักล้างกันหมด (ผลรวมเท่ากับศูนย์) แสดงว่าเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว
-
ถ้าผลรวมเวกเตอร์หักล้างกันไม่หมด (ผลรวมไม่เท่ากันศูนย์) แสดงว่าเป็นโมเลกุลมีขั้ว
-
