ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Полярность молекул из "Основы химии диэлектриков" Для выяснения возможных случаев распределения зарядов рассмотрим образование валентных (химических) связей в простейших молекулах, состоящих из двух атомов, причем для получения более контрастной картины возьмем атомы, имеющие различный электрохимический характер фтор, водород и натрий (рис. 7). [c.24] На рис. 7 наряду с электронными моделями соединяющихся атомов приводятся соответствующие электронные формулы, в которых указываются электроны, расположенные во внешнем слое, но остальная часть атомов изображается символом элемента. [c.25] осуществляемая с помощью общих спаренных электронов, называется ковалентной, или атомной. [c.25] Фтор с водородом соединяется также с помощью спаренных электронов, но в этом случае в образовании связи участвуют не тождественные атомы, а атомы разные, отличающиеся электрохимическим характером. Фтор находится в 7-й группе периодической системы элементов в непосредственной близости с инертным газом, вследствие чего у него проявляется сродство к электрону, т. е. стремление получить недостающий электрон (в таком случае говорят, что атом электроотрицателен). Благодаря этому, электронная пара односторонне оттягивается к фтору (рис. 8, б), что вызывает неравномерное распределение зарядов в молекуле. В одной части молекулы, где находится фтор, сосредоточивается избыток отрицательных зарядов, а в другой — положительных. Такая молекула является полярной. [c.25] Неполярную ковалентную молекулу можно определить так же, как такую, у которой электронное облако, скрепляющее оба атома, распределено между ними в одинаковой мере. Тогда полярная молекула — это такая, у которой общее электронное облако сдвинуто в сторону более электроотрицательного атома. Понятие об электронном облаке вытекает из квантово-механических представлений о строении материи, согласно которым электроны вращаются не по строго определенным орбитам условно принимаемые орбиты — это положения электронов, в которых при своем вращении они бывают наиболее часто. Наряду с этим электроны могут занимать положения, хотя и с меньшей вероятностью, более близкие и более отдаленные от ядра. Электрон поэтому представляется как бы расплывшимся в сплошное облако с неодинаковой плотностью, что станет более понятным, если учесть, что вращение электронов происходит с колоссальной скоростью (время одного оборота 10 сек). Плотность облака зависит от вероятности нахождения электрона в том или ином месте пространства. [c.26] При всей сложности вращения электронов и их распределения в молекуле мржно найти меру для относительной оценки степени симметрии распределения электронов и полярности молекул. Для этого необходимо принять, что за конечный отрезок времени электроны находятся в каком-то среднем положении, и допустить, что вместо отдельных зарядов или электрических сил действует их равнодействующая, приложенная в одной точке. Это аналогично тому, как в механике масса твердого тела принимается сосредоточенной в центре тяжести. [c.26] Подобно тому как в механике определяют результирующую отдельных сил, могут быть определены путем соответствующего сложения отдельных зарядов центры тяжести как положительных, так и отрицательных зарядов. Тогда полярной молекулой может быть названа такая, у которой центры тяжести разноименных зарядов не совпадают, а неполярной — молекула, у которой эти центры тяжести совпадают. [c.26] На рис. 9 изображены схемы двухатомных молекул, у которых результирующие разноименных зарядов находятся в различном положении на линии, соединяющей центры атомов. [c.26] При рассмотрении полярности 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 все соединения построены ковалентными связями. [c.27] Так как органические вещества — соединения углерода с другими атомами (водородом, кислородом, азотом, галоидами и др.), то связи углерода в них (за исключением связей С — С) 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 и, вследствие этого, компенсацией дипольных моментов. [c.27] Это очевидно при рассмотрении простейших соединений углерода (табл. 2). [c.27] Как видно из табл. 2, дипольный момент метана и четыреххлористого углерода равен нулю. Это объясняется симметричностью расположения в пространстве атомов водорода и хлора по отношению к атому углерода. [c.27] Этим можно объяснить высокие электроизоляционные свойства жидких диэлектриков, состоящих из углеводородов различного строения (трансформаторного и других нефтяных масел) и полимерных углеводородов (разветвленного полиэтилена, полипропилена, полибутиленов и др.). [c.29] Дипольные моменты связей углерода с другими атомами тем больше, чем правее стоит элемент в ряду периодической системы. Связь атома углерода с атомом фтора более полярна, чем связь с атомом кислорода, а последняя более полярна, чем связь с атомом азота. [c.30] В табл. 3 приводятся дипольные моменты связей углерода с некоторыми другими атомами и значения полярности связей. [c.30] С — КНг. Указанные радикалы называются электрофор а-ми они встречаются в соединениях, используемых в электроизоляционной технике. Некоторую полярность у простых соединений вызывают двойные связи, что обусловливается отсутствием симметрии молекулы непредельных углеводородов. Симметричный этилен СНг = СНг имеет дипольный момент, равный нулю, но у пропилена СНз— СН = СНг он равен 0,370. [c.30] Влияние структуры молекулы на ее полярность может быть также рассмотрено на примере бензола и его производных. [c.30] При замещении одного атома водорода хлором молекула становится полярной, так как дипольный момент связи С — С1 в молекуле неуравновешен. [c.31] Иная картина наблюдается у оршо-дихлорбензола и л(ета-дихлор-бензола. 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.31] Вернуться к основной статье