Полярность молекул (типы ковалентных молекул)

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 = åmOH + 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: 17.