Полярные и неполярные молекулы. Полярные молекулы это


Полярные и неполярные молекулы

Различают две разновидности ковалентной связи: неполярную и полярную. В случае неполярной ковалентной связи электронное облако, образованное общей парой электронов, или электронное облако связи, распределяется в пространстве симметрично относительно обоих атомов. Примером являются двухатомные молекулы, состоящие из атомов одного элемента: h3, Cl2, O2, N2, F2 и другие, в которых электронная пара в одинаковой мере принадлежит обоим атомам. В случае полярной ковалентной связи электронное облако связи смещено к атому с большей относительной электроотрицательностью. Примером могут служить молекулы летучих неорганических соединений: HCl, h3O, h3S, Nh4 и другие.

Относительная электроотрицательность атомов

Н

2,1

Li

1,0

Be

1,5

B

2,0

C

2,5

N

3,0

O

3,5

F

4,0

Na

0,9

Mg

1,2

Al

1,5

Si

1,8

P

2,1

S

2,5

Cl

3,0

K

0,8

Ca

1,0

Ga

1,6

Ge

1,8

As

2,0

Se

2,4

Br

2,8

Rb

0,8

Sr

1,0

In

1,7

Sn

1,8

Sb

1,9

Te

2,1

J

2,5

Электрические центры положительных и отрицательных зарядов в молекуле не совпадают в одной точке, а находятся на некотором расстоянии ℓ.

Полярная молекула с постоянным электрическим моментом диполя

Молекула при общей нейтральности представляет собой электрический диполь с зарядом q- – у атома хлора и q+ - у атома водорода. Такие связи и молекулы называются полярными. Заряды атомов в молекуле q называются эффективными зарядами (в молекуле HCl qcl = -0,18; а qн = +0,18 абсолютного заряда электрона, степень ионности связи

18 %).

Мера полярности связи и молекулы – электрический момент диполя (μ – «мю») определяется произведением

μ = qℓ, Кл∙м или μ = qℓ/3,33∙10-30, Д

где q – эффективный заряд; ℓ - длина диполя. Единица электрического момента диполя (система СИ) выражается значением 3,33∙10-30 Кл∙м (кулон-метр) = 1Д (Д - Дебай).

Электрический момент диполя – векторная величина. Направление его условно принимают от положительного заряда к отрицательному – в сторону смещения связующего электронного облака. Чем больше разность электроотрицательностей элементов в полярных молекулах, тем больше электрический момент диполя.

Для многоатомных молекул следует различать понятия о дипольных моментах отдельных связей и молекулы в целом. Поскольку при наличии нескольких связей в молекуле их дипольные моменты складываются по правилу параллелограмма, то в зависимости от формы молекулы, определяемой направленностью связей, результирующий дипольный момент отличается от дипольных моментов отдельных связей и в частном случае (для высокосимметричных молекул) может быть равен нулю, несмотря на значительную полярность отдельных связей. Например, линейная молекула СО2 неполярна (μ = 0), хотя каждая связь С=О имеет значительный дипольный момент (μ = 2,7 Д).

-δ +2δ -δ

О == С == О

2,7 Д 2,7 д

Молекулы, содержащие неполярную ковалентную связь, называются неполярными или гомеополярными. У таких молекул связующее электронное облако распределяется симметрично между ядрами обоих атомов, и ядра в равной мере действуют на него. Примером могут служить молекулы простых веществ, состоящие из атомов одного элемента: h3, Cl2, O2, N2, F2 и другие. Электрический момент диполя таких молекул равен нулю.

Способность молекул (и отдельных связей) поляризоваться под влиянием внешнего электрического поля называется поляризуемостью. Это может происходить и под влиянием поля, создаваемого приблизившейся полярной молекулой. Поэтому поляризуемость имеет большое значение в химических реакциях.

Всегда важно учитывать полярность молекулы и ее электрический момент диполя. С последним связана реакционная способность веществ. Как правило, чем больше электрический момент диполя молекулы, тем выше реакционная способность вещества. С электрическим моментом диполя связана также и растворимость веществ. Полярные молекулы жидкостей благоприятствуют электрической диссоциации растворенных в них электролитов по принципу «подобное растворяется в подобном».

studfiles.net

Полярные и неполярные молекулы — Знаешь как

Рис. 32. Схемы полярной и не полярной молекул: а — полярная молекула; б—неполярная молекула

Во всякой молекуле имеются как положительно заряженные частицы — ядра атомов, так и отрицательно заряженные — электроны. Для каждого рода частиц (или, вернее, зарядов) можно найти такую точку, которая будет являться как бы их «электрическим центром тяжести». Эти точки называются полюсами молекулы. Если в молекуле электрические центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадут, то молекула будет неполярной. Таковы, например, молекулы Н2, N2, образованные одинаковыми атомами, у которых общие пары электронов в равной мере принадлежат обоим атомам, а также многие симметрично построенные молекулы с атомной связью, например метан СН4, четыреххлористый углерод ССl4. Но если молекула построена несимметрично, например состоит из двух разнородных атомов, то, как мы уже говорили, общая пара электронов может быть в большей или меньшей степени смещена в сторону одного из атомов. Очевидно, что в этом случае, вследствие неравномерного распределения положительных и отрицательных зарядов внутри молекулы, их электрические центры тяжести не совпадут и получится полярная молекула (рис. 32).

Полярные молекулы являются диполями. Этим термином обозначают вообще всякую электронейтральную систему, т. е. систему, состоящую из положительных и отрицательных зарядов, распределенных таким образом, что их электрические центры тяжести не совпадают.

Расстояние между электрическими центрами тяжести тех и других зарядов (между полюсами диполя) называется длиной диполя. Длина диполя характеризует степень полярности молекулы. Понятно, что для различных полярных молекул длина диполя различна; чем она больше, тем резче выражена полярность молекулы.

Рис. 33. Схемы строения молекул СO2 и CS2

На практике степень полярности тех или иных молекул устанавливают путем измерения так называемого дипольного момента молекулы т, который определяется как произведение длины диполя l на заряд его полюса е:

т = l• е

Величины дипольных моментов связаны с некоторыми свой-ствами веществ и могут быть определены экспериментальным путем. Порядок величины т всегда 10-18, так как заряд элек-

трона равен 4,80 • 10-10 электростатических единиц, а длина диполя — величина того же порядка, что и диаметр молекулы, т. е. 10-8см. Ниже приведены дипольные моменты молекул некоторых неорганических веществ.

Дипольные моменты некоторых веществ

т • 1018

Водород . . . ..…….. 0 

Вода……. 1,85

Азот . . . ……….. 0 

Хлористый водород……. 1,04

Двуокись углерода……. 0 

Бромистый водород . …… 0,79

Сероуглерод………… 0 

Йодистый водород…….. 0,38

Сероводород……….. 1,1 

Окись углерода ……. 0,11

Сернистый газ. . . …… 1,6 

Синильная кислота……..2,1

Определение величин дипольных моментов позволяет сделать много интересных выводов относительно строения различных молекул. Рассмотрим некоторые из этих выводов.

Рис. 34. Схема строения молекулы воды

Как и следовало ожидать, дипольные моменты молекул водорода и азота равны нулю; молекулы этих веществ совершенно симметричны и, следовательно, электрические заряды в них распределены равномерно. Отсутствие полярности у двуокиси углерода и у сероуглерода показывает, что их молекулы также построены симметрично. Строение молекул этих веществ схематически изображено на рис. 33.

Несколько неожиданным является наличие довольно большого дипольного момента у воды. Так как формула воды аналогична формулам двуокиси углерода

и сероуглерода, то следовало ожидать, что её молекулы будут построены так же симметрично, как и молекулы CS2и СО2.

Однако ввиду экспериментально установленной полярности молекул воды это предположение приходится отбросить. В настоящее время молекуле воды приписывают несимметричное строение (рис. 34): два атома водорода соединены с атомом кислорода так, что их связи образуют угол около 105°. Аналогичное расположение атомных ядер имеется и в других молекулах такого же типа (h3S, SO2), обладающих дипольными моментами.

Полярностью молекул воды объясняются многие ее физические свойства.

46 47 48

Вы читаете, статья на тему Полярные и неполярные молекулы

znaesh-kak.com

ПОЛЯРНЫЕ МОЛЕКУЛЫ - это... Что такое ПОЛЯРНЫЕ МОЛЕКУЛЫ?

 ПОЛЯРНЫЕ МОЛЕКУЛЫ

молекулы, обладающие постоянным дипольным моментом в отсутствие внеш. электрич. поля. Дипольный момент присущ таким молекулам, у к-рых распределение электронного и ядерного зарядов не имеет центра симметрии. Обычно полярность отдельных фрагментов молекулы или хим. связей между двумя атомами (или большим числом атомов) определяется величиной соответствующего дипольного момента: чем он больше, тем сильнее полярность.

Под влиянием внеш. электрич. поля в-во поляризуется, т. е. в нем возникает дипольный момент единицы объема. У в-в, состоящих из П. м., поляризация обусловлена смещением электронной плотности под влиянием поля и ориентацией молекул в поле. Ориентации молекул препятствует тепловое движение, поэтому изучение зависимости поляризации от т-ры позволяет определять дипольный момент молекул (ур-ние Ланжевена-Дебая; см. Диэлектрики). Для двухатомных молекул полярность часто связывают с приближенным представлением электронной волновой ф-ции в рамках валентных связей метода как суммы двух слагаемых, одно из к-рых отвечает ковалентной схеме, другое -ионной валентной схеме. Такое соотнесение позволяет ввести понятие о степени ковалентности или степени ион-ности хим. связи, причем полярность связи определяется в осн. ионной составляющей. Для многоатомных молекул также возможно подобное приближенное выделение в электронной волновой ф-ции ковалентной и ионной составляющих.

В-ва, образованные сильно П. м., как правило, хорошо раств. в полярных р-рителях, тогда как при отсутствии у молекул сколько-нибудь значит. дипольного момента в-во раств. лишь в неполярных р-рителях. В-ва, включающие сильно полярную концевую группу и объемный неполярный фрагмент (т. наз. дифильные молекулы), обычно относятся к числу поверхностно-активных веществ.

Лит. см. при ст. Дипольный момент. Н. Ф. Степанов.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под ред. И. Л. Кнунянца. 1988.

  • ПОЛЯРИМЁТРЙЯ
  • ПОЛЯРОГРАФИЯ

Смотреть что такое "ПОЛЯРНЫЕ МОЛЕКУЛЫ" в других словарях:

  • Полярные вещества — Причина дипольного момента молекулы воды Полярные вещества в химии вещества …   Википедия

  • ХИМИЯ. РАСТВОРЫ И РАСТВОРИМОСТЬ — Благодаря неравномерному распределению электрического заряда в молекулах, т.е. наличию у них отрицательных и положительных полюсов (если говорить более строго дипольного момента), даже нейтральные в целом молекулы притягиваются друг к другу. Сила …   Энциклопедия Кольера

  • Вода — У этого термина существуют и другие значения, см. Вода (значения). Вода …   Википедия

  • Микроволновая печь — СВЧ печь Микроволновая печь или СВЧ печь (устаревшее ударение микроволновая[1])  элект …   Википедия

  • Диэлектрические потери —         часть энергии переменного электрического поля в диэлектрической среде, которая переходит в тепло. При изменении значения и направления напряжённости Е электрического поля диэлектрическая поляризация также меняет величину и направление (см …   Большая советская энциклопедия

  • Химическая связь — …   Википедия

  • ЛАНЖЕВЁНА - ДЕВАЯ ФОРМУЛА — выражает зависимость диэлектрич. проницаемости e полярного диэлектрика от дипольного электрич. момента р составляющих его молекул. Л. Д. ф. является обобщением Клаузиуса Моссотти формулы на случай полярного диэлектрика и учитывает зависимость от… …   Физическая энциклопедия

  • Комплексные соединения — Цис платин  одно из многих координационных соединений Комплексные соединения (лат. complexus  сочетание, обхват) или координационные соединения (л …   Википедия

  • Влага — Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O …   Википедия

  • Водная среда — Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O …   Википедия

dic.academic.ru

Полярные и неполярные молекулы - ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Часть И. ОБЩАЯ ХИМИЯ

Раздел 3. ХИМИЧЕСКИЙ СВЯЗЬ

§ 3.4. Полярные и неполярные молекулы

 

Односторонняя поляризация обусловливает неравномерное распределение электронной плотности в молекуле. Например, в молекуле НСl электронная плотность у ядра хлора выше, чем у ядра водорода. Электрические центры положительных и отрицательных зарядов в молекуле не совпадают в одной точке, а находятся на некотором расстоянии l (рис. 3.12). Молекула при общей нейтральности представляет собой электрический диполь с зарядом -q у атома хлора и +q в атома водорода. Такие связи и молекулы называются полярными. Заряды атомов в молекуле q называются эффективными зарядами (в молекуле НСl qСl =-0,18, qн =0,18 абсолютного заряда

электрона, степень ионности связи 18 %).

Мера полярности связи и молекулы - электрический момент диполя μ(“мю”) определяется произведением

μ= ql,

где q - эффективный заряд; l - длина диполя.

По международной системой, единица электрического момента диполя выражается значением 3,33 • 10-30 Кл • м (кулон-метр).

Электрический момент диполя - векторная величина. Направление его условно принимают от положительного заряда к отрицательному - в сторону смещения связующего электронного облака.

Электрические моменты диполей экспериментально определены для различных связей и большого количества вещества (они имеют значение от 0 до 36,6 ∙10-30 Кл • м).

Следует отличать полярность молекулы от полярности связи. Для двухатомным молекул типа АВ эти понятия совпадают, как это было показано на примере молекулы НСl.

В таких молекулах чем большая разница электроотрицательностей элементов, тем больший электрический момент диполя.

Рис. 3.12. Полярная молекула со постоянным электрическим моментом диполя

 

Рис. 3.13. Геометрическое сложение электрических моментов диполей связей в молекулах СО2 (а) и воды (б)

В многоатомных молекулах связь между атомами может быть полярным, а сами молекулы в зависимости от пространственного строения могут быть как полярными, так и неполярными. Электрический момент диполя в таких молекулах определяется числом полярных связей и их напрямленістю. Он равна векторной сумме моментов диполя отдельных связей. Например, электрический момент диполя связи 10-30 С=O равна 9 ∙ 10-30 Кл ∙ м, а молекулы СО2 - нулю. Это объясняется тем, что в линейной молекуле СО2 векторы связей радиально направленные от центра, а поэтому результирующий момент μ равна нулю (рис. 3.13, а). В угловой молекуле Н2О связи размещены под углом 104,5° и векторная сумма двух связей выражается диагональю параллелограмма (выполняют сложение векторов по правилу параллелограмма сил, рис. 3.13, б). Для воды μ = 6,1 • 10-30Кл∙м. Если геометрическая результирующая векторов различных электрических моментов диполей не равна нулю, то молекула полярная.

В свою очередь, по значению и направлением μ некоторой степени можно судить о геометрическое строение молекулы. Например, для молекулыSO2 μ= 5,4 ∙ 10-30 Кл • м. Очевидно, она, как и молекула воды, должна иметь угловую строение.

Молекулы, содержащие неполярная ковалентная связь, называются неполярными, или гомеополярними. В таких молекул связующее электронное облако распределяется симметрично между ядрами обоих атомов и ядра в одинаковой степени действуют на нее. Примером могут быть молекулы простых веществ, состоящих из атомов одного элемента: Н2, F2, Сl2, В2 и т.д. Электрический момент диполя таких молекул равен нулю. Как уже отмечалось, являются неполярными много симметрично построенных молекул сложных веществ, хотя связи между атомами в них полярные. Веществ с ковалентным неполярным связью немного.

Способность молекул (и отдельных связей) поляризоваться под действием внешнего электрического поля называется поляризованістю. Это может происходить и под действием поля, создаваемого полярной молекулой, приблизилась. Поэтому поляризованість имеет важное значение в химических реакциях.

Всегда важно учитывать полярность молекулы и ее электрический момент диполя. Останнімзумовлена реакционная способность веществ. Как правило, чем больший электрический момент диполя молекулы, тем выше реакционная способность вещества. С электрическим моментом диполя связана также и растворимость веществ.

Полярные молекулы способствуют электролитической диссоциации растворенных в них электролитов.

na-uroke.in.ua

Полярность молекул (типы ковалентных молекул)

Поиск Лекций

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 молекул характеризуется значением электрического момента диполя μм, который равен векторной сумме электрических моментов диполей всех связей и несвязывающих электронных пар в молекулах. 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 ( ). По этой же причине неполярны высокосимметричные тетраэдрические молекулы СН4, СF4, октаэдрическая молекула SF6 и т. д.

Напротив, в угловой молекуле Н2О полярные связи О–Н располагаются под углом 104,5º. Поэтому их моменты взаимно не компенсируются и молекула оказывается полярной ( ).

Электрическим моментом диполя обладают также угловая молекула SO2, пирамидальные молекулы Nh4, 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. Например, молекулы Nh4 и NF3 имеют одинаковую тригонально-пирамидальную форму, полярность связей N–H и N–F также примерно одинакова. Однако электрический момент диполя Nh4 равен 0,49·10-29 Кл·м, а NF3 всего 0,07·10-29 Кл·м. Это объясняется тем, что в Nh4 направление электрического момента диполя связывающей N–H и несвязывающей электронной пары совпадает и при векторном сложении обусловливает большой электрический момент диполя. Наоборот, в NF3 моменты связей N–F и электронной пары направлены в противоположные стороны, поэтому при сложении они частично компенсируются (рис. 3.15).

Рис 3.15. Сложение электрических моментов диполя связывающих и несвязывающих электронных пар молекул Nh4 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.

Ионная связь

При взаимодействии двух атомов, обладающих весьма различными электроотрицательностями, общая пара электронов может быть практически полностью смещена к атому с большей электроотрицательностью. В результате образуются две заряженные частицы – два иона, между которыми действуют силы электростатического притяжения.

Связь, которая осуществляется в результате образования и электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов, называется ионной.

Например, ионная связь возникает между цезием и фтором, разница ЭО у которых составляет более трёх единиц. К типичным соединениям с ионной связью относятся галогениды щелочных металлов, например CsF, CsCl, NaCl.

Ионная связь характеризуется:

- ненаправленностью, так как электрическое поле иона имеет сферический характер и равноценно во всех направлениях;

- ненасыщаемостью, поскольку при взаимодействии ионов не происходит полной взаимной компенсации их силовых полей (рис. 3.16) и ионы сохраняют способность электростатически взаимодействовать с другими ионами.

Из-за отсутствия у ионной связи направленности и насыщаемости каждый ион окружен ионами противоположного знака, число которых определяется размерами и силой отталкивания одноименно заряженных ионов. Поэтому соединения с ионной связью представляют собой кристаллические вещества. Весь кристалл можно рассматривать как единую гигантскую молекулу, состоящую из очень большого числа ионов. Лишь при высоких температурах, когда вещество переходит в газообразное состояние, ионные соединения могут существовать в виде неассоциированных молекул.

Теория ионной связи разработана в 1916 г. немецким ученым В. Косселем. Согласно этой теории, устойчивой конфигурацией является оболочка инертного газа s2p6. Все атомы, участвующие в химическом взаимодействии, стремятся приобрести устойчивую оболочку инертного газа. При этом атомы металлов отдают свои валентные электроны, приобретая оболочку предыдущего инертного газа и положительный заряд. Атомы неметаллов принимают электроны, приобретая оболочку последующего инертного газа и отрицательный заряд. Например:

К 3s23p64s1 – 1eˉ K+ 3s23p6 ;

F 2s22p5 + 1eˉ F 2s22p6.

Полного перехода электрона от одного атома к другому в действительности не происходит даже в типичных ионных соединениях – галогенидах щелочных металлов. Например, в кристалле NaCl эффективный отрицательный заряд атома хлора составляет лишь 0,94 заряда электрона; таким же по абсолютной величине положительным зарядом обладает и атом натрия. Нельзя провести точную границу между ионной связью и ковалентной полярной связью, можно оценивать только степень ионности связи, которая количественно характеризуется эффективными зарядами атомов (d) в молекуле. Можно сказать, что ионная связь является предельным случаем ковалентной полярной связи, для которой эффективный заряд атомов по абсолютной величине близок к единице. Принято считать связь ионной, если разность электроотрицательностей атомов (DЭО) больше 1,9 или ½d½>0,5. Таким образом, природа химической связи едина и существующее различие между видами связей имеет количественный характер.

Свойства ионов:

1.Ионы обладают поляризующим действием – способностью деформировать, смещать электронную оболочку соседнего иона. В большей степени этим свойством обладают катионы. Поляризующее действие зависит, во-первых, от заряда и радиуса иона: чем больше заряд и меньше радиус иона, тем сильнее его поляризующее действие. Например:

 

а) Pb0 Pb2+ Pb4+

r, Å 1,74 1,32 0,84

-------------------------------------->

поляризующее действие усиливается;

б) Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+

---------------------------------------------------------->

радиус ионов увеличивается, поляризующее действие уменьшается.

Во-вторых, чем больше электронов имеет катион металла на внешнем энергетическом уровне, тем больше его поляризующее действие. Например, в ряду: Ca2+ (8eˉ)1, Fe2+ (14eˉ), Zn2+ (18eˉ) поляризующее действие ионов усиливается.

2. Поляризуемость – это способность иона деформироваться под действием электрического поля соседнего иона. У ионов с одинаковым зарядом и одинаковым строением внешней электронной оболочки поляризуемость возрастает с увеличением размеров ионов. Например:

а) Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+

---------------------------------------------------------->

радиус ионов увеличивается, поляризуемость возрастает;

б) F- Cl- Br- I-

---------------------------------------------------------->

радиус ионов увеличивается, поляризуемость возрастает.

Легче поляризуются отрицательно заряженные ионы (анионы). Их размеры по сравнению с атомами возрастают, отталкивание между электронами увеличивается и поляризуемость возрастает. В первом приближении можно считать, что деформации подвергается только внешняя электронная оболочка иона.

Металлическая связь

Само название «металлическая связь» указывает, что речь пойдет о внутренней структуре металлов.

Атомы большинства металлов на внешнем энергетическом уровне содержат небольшое число валентных электронов по сравнению с общим числом внешних энергетически близких орбиталей, а валентные элект­роны из-за небольшой энергии ионизации слабо удерживаются в атоме. Поэтому энергетически более выгодно, чтобы электроны не были локализованы, а принадлежали всему металлу. Так, по одному электрону содержат 16 элементов, по два – 58, по три – 4 элемента и ни одно­го — только один Pd. Лишь атомы элементов Ge, Sn и Pb имеют на внешнем уровне по 4 электрона, Sb и Bi – по 5 и Ро – 6. Но эти элементы не являются характерными металлами.

Элементы – металлы образуют простые вещества. В обычных условиях это кристаллические вещества (кроме ртути). Согласно теории «свободных электронов» в узлах решётки металла находятся положительно заряженные ионы, которые погружены в электронный «газ», распределённый по всему металлу, из нелокализованных валентных электронов. Между положительно заряженными ионами металла и нелокализованными электронами существует электростатическое взаимодействие, обеспечивающее устойчивость вещества.

На рис. 3.17 представлена схема кристаллической решетки металла натрия. В ней каждый атом натрия окружен восемью соседними атомами. На примере этого вещества рассмотрим металлическую связь.

У атома натрия, как и у всех металлов, имеется избыток валентных орбиталей и недостаток электронов. Так, его валентный электрон (3s1) может занимать одну из 9 свободных орбиталей: 3s (одна), Зр (три) и 3d (пять). При сближении атомов, в результате образования кристаллической решетки валентные орбитали соседних атомов пере­крываются, благодаря чему электроны свободно движутся из одной орбитали в другую, осуществляя связь между всеми атомами кристалла металла (рис. 3.18).

Таким образом, металлическая связь – это сильно нелокализованная химическая связь, возникающая в том случае, когда атомы имеют мало валентных электронов по сравнению с количеством свободных валентных орбиталей, а валентные электроны из-за малой энергии ионизации слабо удерживаются ядром.

Металлическая связь имеет некоторое сходство с ковалентной, поскольку основана на обобщении валентных электронов. Однако при ковалентной связи обобщены валентные электроны только двух со­седних атомов, в то время как при металлической связи в обобществле­нии этих электронов принимают участие все атомы. Именно по­этому кристаллы с ковалентной связью хрупки, а с металлической — пластичны; в последнем случае возможно взаимное смещение ионов и электронов без нарушения связи. Это говорит о нелокализованности (от­сутствии направленности) металлической связи. Наличие электронов, которые могут свободно перемещаться по объему кристалла, обеспечивает высокую электрическую проводимость и теплопроводность, а также ковкость. Металлический блеск обусловлен отражением световых лучей от электронного газа, который несколько выходит за границу положительно заряженных ионов. Именно металлической связью объясняются физические свойства металлов.

Металлическая связь характерна для металлов, находящихся в твердом и жидком состоянии. Это свойство агрегатов атомов, расположенных в непосредственной близости друг к другу. Однако в парообразном состоянии атомы металлов, как и всех веществ, связаны между собой ковалентной связью. Пары´ металлов состоят из отдельных молекул (одноатомных и двухатомных). Прочность связи в кристалле больше, чем в молекуле металла, поэтому процесс образования металлического кристалла протекает с выделением энергии.

poisk-ru.ru

Полярные и неполярные молекулы

Полярные и неполярные молекулы в органической химии

Полярные и неполярные молекулы. Во всякой молекуле имеются как положительно заряженные частицы — ядра атомов, так и отрицательно заряженные — электроны. Для каждого рода частиц (или, вернее, зарядов) можно найти такую точку, которая будет являться как бы их «электрическим центром тяжести». Эти точки называются полюсами молекулы. Если в молекуле электрические центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадут, то молекула будет неполярной. Таковы, например, молекулы Н2, N2, образованные одинаковыми атомами, у которых общие пары электронов в равной мере принадлежат обоим атомам, а также многие симметрично построенные молекулы с атомной связью, например метан СН4, четыреххлористый углерод ССl4. Но если молекула построена несимметрично, например состоит из двух разнородных атомов, то, как мы уже говорили, общая пара электронов может быть в большей или меньшей степени смещена в сторону одного из атомов. Очевидно, что в этом случае, вследствие неравномерного распределения положительных и отрицательных зарядов внутри молекулы, их электрические центры тяжести не совпадут и получится полярная молекула (рис. 32).

Полярные молекулы являются диполями. Этим термином обозначают вообще всякую электронейтральную систему, т. е. систему, состоящую из положительных и отрицательных зарядов, распределенных таким образом, что их электрические центры тяжести не совпадают.

Полярность молекул

Молекулы, которые образованы атомами одного и того же элемента, как правило, будут неполярными, как неполярны и сами связи в них. Так, молекулы Н2, F2, N2 неполярны.

Молекулы, которые образованы атомами разных элементов, могут быть полярными и неполярными. Это зависит от геометрической формы. Если форма симметрична, то молекула неполярна (Beh3, BF3, Ch5, CO2, SO3), если асимметрична (из-за наличия неподелённых пар или неспаренных электронов), то молекула полярна (Nh4, h3O, SO2, NO2).

При замене одного из боковых атомов в симметричной молекуле на атом другого элемента также происходит искажение геометрической формы и появление полярности, например в хлорпроизводных метана Ch4Cl, Ch3Cl2 и CHCl3 (молекулы метанаCh5 неполярны).

Полярность несимметричной по форме молекулы вытекает из полярности ковалентных связей между атомами элементов с разной электроотрицательностью. Как отмечалось выше, происходит частичный сдвиг электронной плотности вдоль оси связи к атому более электроотрицательного элемента, например:

 →Clδ−

Bδ+ →Fδ−

Cδ− ←Hδ+

Nδ− ←Hδ+

(здесь δ - частичный электрический заряд на атомах).

Чем больше разность электроотрицательностей элементов, тем выше абсолютное значение заряда δ и тем более полярной будет ковалентная связь.

infourok.ru

Полярные и неполярные молекулы - Справочник химика 21

из "Химия диэлектриков"

В отличие от проводников, для которых характерны свободные, оторвавшиеся от ядра электроны, в структуре диэлектриков свободных электронов нет. Они все связаны с положительно заряженными ядрами и принадлежат определенным атомам и молекулам. [c.53] Распределение зарядов внутри молекул диэлектрика может быть различное и оно существенно влияет на поведение диэлектрика в электрическом поле. Диэлектрики делят на две группы неполярные и полярные. [c.53] Молекулы могут содержать несколько или большое число связей. Для определения степени полярности молекул принимают, что вместо отдельных зарядов или электрических сил действует их равнодействующая, приложенная в одной точке, в центре тяжести. Тогда неполярной молекулой может быть названа такая, у которой центры тяжести разноименных зарядов совпадают, а полярной — молекула,, у которой эти центры тяжести не совпадают. [c.54] Неполярную молекулу можно определить так же, как такую, у которой электронное облако, соединяющее оба атома, распределено между ними в одинаковой мере. Тогда полярная молекула — это такая, у которой электронное облако сдвинуто в сторону более электроотрицательного атома. Плотность облака зависит от вероятности нахождения электрона в том или ином месте пространства. [c.54] На рис. 15 изображены схемы двухатомных молекул, у которых результирующие разноименных зарядов находятся в различном положении на линий, соединяющей центры атомов. Очевидно, что чем больше расстояние между точками приложения зарядов, тем молекула более полярна. Молекула рис. 15, г представляет собой крайний случай полярного соединения. Она состоит из отдельных ионов с зарядами, соответствующими одному электрону, т. е. 4,8-10 ° эл-сг. ед. Расстояние между зарядами в этом случае максимальное и равно расстоянию й между центрами атомов. Мерой полярности может служить отношение расстояния между зарядами I к междуядерному расстоянию (1. В таком случае полярность молекулы, образованной ионной связью, равна единице, а полярность ковалентных связей составляет долю от нее и выражается дробным числом. Для двухатомных молекул величина полярности молекулы совпадает с величиной полярности связи. Полярность связей для большинства соединений (табл. 2) меньше 0,3. Это указывает на то, что ковалентная полярная связь ближе к неполярной, чем к ионной. [c.54] Рассматривая полярность органических соединений, следует исходить из положения углерода в периодической системе элементов. Чем ближе расположены к центру периода элементы, тем они труднее теряют или приобретают электроны. Этим объясняется, что углерод, находящийся в 4-й группе, не образует ионных связей, и его соединения имеют ковалентные связи. Но эти связи более или менее полярны. Однако в целом молекула органического соединения может быть неполярна, что обусловливается возможностью симметричного расположения атомов или групп атомов по отношению к углероду (дипольные моменты компенсируются). [c.55] Как видно в табл. 1, дипольные моменты метана и четыреххлористого углерода равны нулю. Это объясняется симметричностью расположения в пространстве атомов водорода и хлора по отношению к атому углерода. [c.55] Этим можно объяснить хорошие электроизоляционные свойства жидких диэлектриков, состоящих из углеводородов различного строения (трансформаторного и других нефтяных масел) и полимерных углеводородов (разветвленного полиэтилена, полипропилена, полибутиленов и др.). [c.56] На рис. 17 представлено векторное изображение неполярной и полярной молекул. У неполярной молекулы СН4 векторы равны и имеют противоположные направления у полярной молекулы СНС1з они не равны и совпадают по направлению. [c.56] Дипольные моменты связей углерода с другими атомами тем больше, чем правее стоит элемент в периодической системе. Связь атома углерода с атомом фтора более полярна, чем связь с атомом кислорода, а последняя более полярна, чем связь с атомом азота. [c.57] В табл. 2 приведены дипольные моменты и полярность связей углерода с некоторыми другими атомами. [c.57] Влияние структуры молекулы на ее полярность может быть также рассмотрено на примере бензола и его производных. Углеродный скелет молекулы бензола представляет собой плоский равносторонний шестиугольник. Так как валентности водорода находятся в плоскости шестиугольника и направлены к центру, молекула бензола симметрична, и дипольный момент равен нулю. Из этого также следует, что бензол, у которого все атомы водорода замещены хлором, например гексахлорбензол, симметричен и не имеет дипольного момента. [c.58] В молекуле ларй-дихлорбензола дипольный момент одной связи С —С1 компенсируется равным и направленным в противоположную сторону дипольным моментом второй связи. [c.58] Иная картина наблюдается у орто- и. иета-дихлорбензолов. В этих соединениях сумма моментов не равна нулю, так как векторы расположены под углом соответственно 60 и 120°. Такие молекулы полярны, и их дипольный момент может быть легко рассчитан или получен геометрическим построением. [c.59] Две левые структуры неполярные, а две правые — полярные. Различие объясняется поворотной изомерией, обусловленной свободным вращением групп вокруг простой связи. Кроме указанных предельных по углу поворота структур, существует множество промежуточных структур, каждая из которых более или менее полярна. Неполярная структура единственная среди большого числа полярных, поэтому соединение в целом полярное. Каждое имеет дипольный момент 2,20. [c.59] зная дипольные моменты межатомных связей, можно судить о полярности полимерных молекул. Характеристика важнейших полимерных соединений приведена в табл. 3. [c.59]

Вернуться к основной статье

chem21.info