Следует отличать полярность молекулы от полярности связи. Для двухатомных молекул типа АВ эти понятия совпадают, как это уже показано на примере молекулы HCl. В таких молекулах чем больше разность электроотрицательностей элементов (∆ЭО), тем больше электрический момент диполя. Например, в ряду HF, HCl, HBr, HI он уменьшается в той же последовательности, как и относительная электроотрицательность.
Молекулы могут быть полярными и неполярными в зависимости от характера распределения электронной плотности молекулы. Полярность молекулы характеризуется значением электрического момента диполя μмол, который равен векторной сумме электрических моментов диполей всех связей и несвязывающих электронных пар, расположенных на гибридных АО:→ →
nm
m м-лы = å(mсвязи)i + å(mнесвяз.эл.пары)j.
i=1 j=1
Результат сложения зависит от полярности связей, геометрического строения молекулы, наличия неподеленных электронных пар. Большое влияние на полярность молекулы оказывает её симметрия.
Например, молекула СО2 имеет симметричное линейное строение:
.
Поэтому, хотя связи С=О и имеют сильно полярный характер, вследствие взаимной компенсации их электрических моментов диполя молекула СО2 в целом неполярна (m м-лы = åmсвязи = 0).
По этой же причине неполярны высокосимметричные тетраэдрические молекулы СН4, СF4, октаэдрическая молекула SF6 и т. д.
В угловой молекуле Н2О полярные связи О–Н располагаются под углом 104,5º:
→ →
n=2m=2
mН2О = åmO–H + åmнесвяз.эл.пары¹ 0.
i=1 j=1
Поэтому их моменты взаимно не компенсируются и молекула оказывается полярной ( ).
Примечание: на рисунке не указаны электрические моменты диполей несвязывающих электронных пар, расположенных на гибридных АО.
Электрическим моментом диполя обладают также угловая молекула SO2, пирамидальные молекулы NH3, NF3 и т. д. Отсутствие такого момента свидетельствует о высокосимметричной структуре молекулы, наличие электрического момента диполя – о несимметричности структуры молекулы (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Строение и ожидаемая полярность молекул
Тип | Пространственная конфигурация | Ожидаемая полярность | Примеры |
Линейная | Неполярная | , , | |
Линейная | Полярная | , | |
Линейная | Неполярная | , , | |
Угловая | Полярная | , , | |
Линейная | Полярная | ||
Плоскотреугольная | Неполярная | , | |
Тригонально-пирамидальная | Полярная | , , | |
Тетраэдрическая | Неполярная | , , |
На значение электрического момента диполя молекулы сильно влияют несвязывающие электронные пары, расположенные на гибридных орбиталях и имеющие собственный электрический момент диполя (направление вектора– от ядра, по оси расположения гибридной АО).Например, молекулы NH3 и NF3 имеют одинаковую тригонально-пирамидальную форму, полярность связей N–H и N–F также примерно одинакова. Однако электрический момент диполя молекулы NH3 равен 0,49·10-29 Кл·м, а молекулы NF3 всего 0,07·10-29 Кл·м.
Объясняется это тем, что в молекуле NH3 направление электрического момента диполя связывающей N–H и несвязывающей электронной пары совпадает и при векторном сложении обусловливает большой электрический момент диполя. Наоборот, в молекулеNF3 моменты связей N–F и электронной пары направлены в противоположные стороны, поэтому при сложении они частично компенсируются (рис. 3.15).
0,017 |
Рис 3.15. Сложение электрических моментов диполя связывающих и несвязывающих электронных пар молекул NH3 и NF3
Неполярную молекулу можно сделать полярной. Для этого её надо поместить в электрическое поле с определенной разностью потенциалов. Под действием электрического поля «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов смещаются и возникает индуцированный или наведенный электрический момент диполя. При снятии поля молекула опять станет неполярной.
Под действием внешнего электрического поля полярная молекула поляризуется, т. е. в ней происходит перераспределение зарядов, и молекула приобретает новое значение электрического момента диполя, становится ещё более полярной. Это может происходить и под влиянием поля, создаваемого приблизившейся полярной молекулой. Способность молекул поляризоваться под действием внешнего электрического поля называют поляризуемостью.
Полярностью и поляризуемостью молекул обусловлено межмолекулярное взаимодействие. С электрическим моментом диполя молекулы связана реакционная способность вещества, его растворимость. Полярные молекулы жидкостей благоприятствуют электролитической диссоциации растворенных в них электролитов.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 411.