Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Например, молекула метана СН4 (см. табл. 3.5) обладает высокой степенью симметрии (центрированный тетраэдр), и поэтому векторная сумма электрических моментов связей (и.=0,132Х ХЮ'~29 ^л . м^ (табл. 3.4) равна нулю:
_>
21 рч-п=о.
Если заменить водородные атомы на атомы хлора и получить молекулу СС14, у которой электрический момент связи ц, = 0,676Х ХЮ 2І) Кл-м, т. е. в пять раз больше, то результат останется прежним, так как молекула СС14 обладает таким же строением.
Связь С=0 обладает электрическим моментом р,=0,891Х ХЮ 29 Кл-м, однако линейная молекула С02 является неполярной до тех пор, пока ее структура не исказится под действием других молекул (например, И20). Структура линейной молекулы С02, в которой атом углерода гибридизирован частично:
2*22р2-»2я[2р3~+2д22р2
представлена на рис. 45. Однако моменты связей, обладая различными знаками, дают общий электрический момент, равный нулю:
2>е„=о
81
Влияние «неподеленных» пар на величину электрического момента молекулы можно иллюстрировать примером возникновения полярности в молекулах Ь!Н3 и ЫР3> имеющих одинаковое строение и близкие электрические моменты связей Ы—Н и 14—-Р. Рассмотрим исходные данные:
Ш3 ЭОм = 3,04; ЭОН = 2,20.
В образовавшейся связи центр отрицательного заряда сдвинут к азоту (Ы™), а центр положительного заряда — к водороду (Н+). Электрический момент молекулы цм, ,=0,488 -10-!1 Кл-м.
№3 ЭОМ = 3,04; ЭОР=«3,98.
В образовавшейся связи центр отрицательного заряда у фтора (Р~), а центр положительного заряда у азота + Электрический момент молекулы ^ра== 0,066- 10~аа Кл<м. Большое расхождение в общих электрических моментах молекул ЫНз и ЫРз можно объяснить влиянием «неподеленной» пары электронов в орбитали атома азота, которое в одном случае увеличивает общий результат, а в другом случае уменьшает, так как знаки электрических моментов И4" и Ы+—Р~ обратны.
Таким образом, полярность молекул определяется довольно сложно, так как, она учитывает все взаимодействия, которые могут возникнуть в такой сложной структуре, как молекула. Кроме того, полярность молекулы зависит также от размеров и конфигурации молекул. Например, молекула воды более резко проявляет свои полярные свойства (образование гидратов и т. д.), чем молекула этилового спирта, хотя электрические моменты у них близки. Значения электрических моментов для некоторых веществ приведены в табл. 3.5.
Таблица 3.5. Электрические моменты р. некоторых полярных молекул
Молекула и • Н)2и,
Кл • м Молекула Кл • м ¦Молекула и. . 10«, Кл • м
н2 0 НІ 0,126 БО, 0
о2 ¦0 Н20 0,607 0
N2 0 НоЭ 0,307 СН4 0
С1„ 0 N14, 0,488 СС14 0
НІ5 0,6 РН'з 0,181 СН3С1 0,614
неї 0,35 С02 0 СИ2С12 0,518
НВг 0,26 502 0,531 СНСІ, 0,380
82
Электрический момент полярной молекулы может изменять свою величину под действием внешних электрических полей, а также под действием электрических полей других полярных молекул, однако при удалении внешних воздействий электрический момент принимает прежнюю величину. Некоторые молекулы, неполярные в обычных условиях, могут получать так называемый индуцированный или «наведенный» электрический момент, тоже исчезающий при снятии поля.
Физико-химические особенности полярных молекул определяются их способностью реагировать на внешние электрические поля (электрическая поляризация) и на поля, созданные другими полярными молекулами. В частности, за счет взаимодействия с полярными молекулами воды такие полярные молекулы, как HF, HCl и др., могут подвергаться электролитической диссоциации.
3.5. ИОННАЯ СВЯЗЬ
Ионная связь является предельным случаем полярной связи, так как при соединении элементов с малой электроотрицательностыо (металлы) и высокой электроотрицательностью (кислород, сера, галогены) полярность молекулы возрастает настолько, что электроны атомов металла почти целиком переходят к атомам неметалла. Таким образом, теории, развитые Писаржевским и Косселем, о переходе электрона с атома одного элемента на атом другого1.в процессе химической реакции находят подтверждение. Ниже приведены электрические моменты соединений, содержащих металлические элементы:
Соединение . . . Uli I.iCIO, KF KCl KI BeF„ BeCU A1X16 |x • KP, Кл-м . . 1,94 2,57 2,84 2,64 3,04 ()" 0 0
Соединение . . . А1..Вги SbClj SnCI4 TiC|4
(i • KP, К л • м . . 0 1,296 0 0
Наиболее типичными электрическими моментами для характеристики ионной связи обладают соединения лития и калия, так как в этих соединениях влияние симметрии и завершенности строения орбиталей не проявляется. Гибридизация орбиталей у атомов Ве и Al приводит к симметричным линейным и плоским молекулам, для
которых 2цси=0. Но в соединении SbCl3 эта симметрия становится более сложной (см. строение молекулы NH3, табл. 3.5) и появляется большой электрический момент, так как электроотрицательности Sb и О разнятся более чем на единицу. SnCl4 и TiCl4 представляют собой неполярные молекулы за счет высокой степени симметрии, но связи имеют ковалентный и полярный характер, так как различие в электроотрицательности этих элементов и хлора очень велико (Ti — 1,54; Sn — 1,96; Cl — 3,16). Резкое различие электроотрицателыюстей реагирующих элементов приводит к возникновению больших электрических моментов и практически к передаче электрона с одного атома на другой.
