Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Если в состав молекулы входит несколько атомов, то их. пространственное расположение определяется направленностью химических связей, которая зависит от ориентации атомных орбиталей в стабильном или возбужденном атоме (гибридизация), вступающем в реакцию. В результате взаимодействия атомов могут образоваться молекулы не только линейные, но и плоские или пространственные. Простейшие случаи образования молекул различной конфигурации рассмотрим на примере образования соединения с водородом элементов II периода системы Д. И. Менделеева, допуская для упрощения, что различие в электроотрицательности не влияет на форму и симметрию орбиталей, а также не учитывая частных свойств гидридов бора (димер В2Н6) и бериллия [(ВеН2)л]. В табл. 3.3 приведены структуры молекул водородных соединений элементов 2-го периода и их геометрическая характеристика.
Для молекулы воды угол 104,5° вместо 90° между орбиталями атома кислорода получается за счет взаимного отталкивания атомов водорода, входящих в состав молекулы воды.
Принятая математическая модель строения молекул получила в последнее время существенное экспериментальное подтверждение. После открытия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) стало
78
Т а б л и ц а 3.3. Молекулы водородных соединений элементов 2-го периода
79
возможным измерять не только расстояния между ядрами атомов, входящих в состав молекулы, но и их взаимное расположение (углы). Совпадение строения молекулы, определенное методом химических связей, с фактическим строением, найденным экспериментально (ЯМР), для очень большого числа вещества является доказательством справедливости современного учения о химической связи. Таким образом, теория строения молекулы А. М. Бутлерова получила дальнейшее развитие и физическую основу. (Более сложные случаи строения молекул см. далее.)
3.4. КОВАЛЕНТНАЯ ПОЛЯРНАЯ СВЯЗЬ
Ковалентная полярная связь возникает между атомами элементов, обладающих различной электроотрицательностью ЭО. При этом молекулярные орбитали искажаются, так как электроны смещаются к более отрицательному элементу и, при сохраняющейся электрической нейтральности молекулы, в ней появляются центры положительных и отрицательных зарядов, молекула становится диполем. Например, молекула ЫН полярная, так как ЭОи = 0,98, а ЭОц = = 2,2 условных единиц. Электрон Ц оттянут к атому водорода, вероятность пребывания электронов около атома водорода больше, и водород в составе молекулы получает отрицательный заряд—6, а литий — положительный заряд +6. На рис. 44, а изображена схема такой молекулы и условно показана искаженная форма молекулярной орбитали МО. Мы разобрали простейший пример, являющийся подтверждением общего правила: при образовании химической связи между атомами с различной электроотрицательностью электронное облако смещается к атому с большей ЭО и в результате этого молекула приобретает характер электрического диполя, так как центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают при сохранении общей нейтральности.
Молекулы такого типа называют полярными. Полярные молекулы обладают электрическим моментом диполя, величина которого сильно влияет на свойства полярных молекул и веществ, построенных из таких молекул. Полярные молекулы поляризуются в электрическом поле, устанавливаясь по силовым линиям-поля, ориентируются в электрических полях, создаваемых ионами в растворах, взаимодействуют между собой, замыкая 'свои электрические поля. Электрический момент диполя образуется за счет смещения центров положительного и отрицательного зарядов па некоторую величину /, называемую длиной диполя (рис. 44, б). Экспериментально электрический момент диполя определяется сразу как произведение:
ы
-| .....1 г 1 8
—^ МО
Рис. 44. Форма молекулярной (Т-орби-талп для полярной молекулы ЫН(а) и возникновение ди-полыюго момента полярной молекулы (б)
80
р, = еі,
(3-1)
где е — величина заряда; / — расстояние между центрами зарядов. Однако, определяя сразу величину электрического момента диполя, мы не знаем ни величины заряда е, локализованного в полярной молекуле, ни расстояния между центрами /.
Принимаем е равным заряду электрона (1,6021- 10~шКл), и тогда получаем приведенную длину диполя /, которая является условной величиной. Значения электрический моментов для некоторых связей между разнородными атомами приведены в табл. 3.4.
Не следует путать электрический момент связи и электрический момент молекулы, так как ,в молекуле могут существовать несколько связей, электрические моменты которых суммируются как векторы.
Т а б л и ц а 3.4. Электрические моменты связей
Слит і) ц • I"2'1. Кл • м Спи:ііі ц • 10й. Кл • м Связь Кл • м Сшшь и. • ІОЛ, . Кл • іГ
О-1-І 0,521 С—С 0 с—н 0,132 С-І 0,594
0,548 с=с 0 С--С1 0,676 С—Б 0,369
с = о 0,891 с==с 0 С -Вг 0,673 С—N 0,201
Кроме того, на величину электрического момента молекулы могут влиять магнитные поля орбиталей, содержащих электронную пару, — «неподелеиные» электроны. Большое влияние на полярность молекулы оказывает ее симметрия.
