ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дипольный момент и полярная структура молекул из "Краткий курс физ. химии" Наряду с такими более или менее длительными воздействиями немалую роль играют и те мгновенные воздействия, которые оказывают друг на друга молекулы, атомы и ионы при взаимных соударениях, происходящих при обычном тепловом движении. [c.77] Во всех этих взаимодействиях поляризующее влияние иона будет тем б6льи1им, чем больше его заряд и чем меньше его радиус. Поляризуемость м е больше у тех ионов, электроны которых слабее связаны с ядром. [c.77] Особое мссто занимают изменения в состоянии молекул, атомов и ионов, которые вызываются переменными электрическими полями, возбуждаемыми при прохождении через вещество электромагнитных колебаний. Остановимся только на воздействии видимого света. Частота его колебаний очень большая (порядка 10 колебаний в секунду). Поэтому атомной и ориентационной поляризации в этом случае не возникает, так как атомы не могут колебаться с такой скоростью. Электроны же как частицы, обладающие много меньшей массой, реагируют и на колебания видимого света. Различия в скорости прохождения света в разных средах, характеризуемой показателем преломления вещества, непосредственно связаны с этим явлением. [c.77] Система из двух электрических зарядов и е , равных по величине, но противоположных по знаку и расположенных на некотором расстоянии /г один от другого, я зыъггтсп диполем. Произведение величины зарядов е на расстояние между ними, называется дипольным моментом и обозначается обычно через 1 = ек. [c.77] Величина дипольноГо момента молекул выражается обычно в электростатических единицах, умноженных на сантиметр, что отвечает дин -см . Заряд одного электрона равен 4,80298 10 ° эл.-ст. ед., а расстояния между ядрами соседних атомов в молекуле составляют примерно 1—4 А, т. е. имеют порядок 10 см, отсюда дипольный момент молекул в этих единицах выражается величинами порядка 10 . Иногда за единицу принимают величину, в 10 раз меньшую, т. е. равную 10 эл.-ст. ед. сл, называемую ебаел (обозначается О). [c.77] Экспериментальные определения дипольных моментов произведены в настоящее время для большого числа различных веществ. Полученные данные позволяют создать общую картину полярной. структуры молекул. [c.77] В общем случае следует отличать полярность молекулы в целом от полярности отдельных содержащихся в пей связей. Для двухатомных молекул эти два понятия совпадают. Анализируя имеющийся опытный материал, можно установить, что двухатомные молекулы, состоящие из одинаковых атомов в соответствии с вполне симметричным положением связывающей их электронной пары, не обладают полярностью, и для них [х = 0. Двухатомные молекулы, состоящие из неодинаковых атомов, в большинстве случаев являются в той илн иной степени полярными. В общем, чем больше различие в электроотрицательности элементов и чем, следовательно, более асимметричным является распределение электронной пары, связывающей данные атомы, тем больше будет и полярность связи. Наибольшей величины, при прочих равных условиях, она должна достигать при чисто ионной связи. Впрочем, строго говоря, между асимметрией в распределении электронной пары и дипольным моментом однозначной зависимости может и не быть, так как асимметрия эта определяет собой только величину заряда атомов в данной молекуле, а дипольный момент зависит еще и от расстояния между ними. [c.78] В многоатомных молекулах полярность зависит от полярностей отдельных связей и от относительного расположения последних в молекуле. Многоатомная молекула при отсутствии в ней полярных связей, очевидно, и в целом не будет обладать полярностью. При наличии одной полярной связи ее полярностью будет определяться и полярность молекулы в целом. При наличии же двух или нескольких полярных связей полярность молекулы будет зависеть еще и от относительного расположения связей. Так как дипольный момент является величиной, связанной с определенным направлением, суммирование дипольных моментов отдельных связей для определения дипольного момента всей молекулы должно производиться по правилам сложения векторов. Результат будет зависеть от симметрии в расположении этих связей в молекуле, и может происходить частичная и даже полная взаимная компенсация дипольных момент )В отдельных связей. Молекулы, построенные вполне симметрично, обладают дипольным моментом, равным нулю, хотя бы отдельные связи, в них содержащиеся, и были полярными. [c.78] Компенсация дипольных моментов связей широко распространена среди углеводородов. Связь С—Н является очень слабо полярной дипольный момент ее равен примерно 0,4-10 . Метиль-ная группа в целом обладает таким же моментом, поэтому во всех предельных углеводородах эти моменты полностью взаимно компенсируются пои любом строении молекул этих углеводородов. [c.79] При несимметричном строении молекулы полной компенсации моментов отдельных связей не происходит. Молекула Н2О, напрнмер, построена нелинейно (рис. 21), а связь Н—О сильно полярна. Вследствие этого молекула НзО в целом обладает значительным дипольным моментом. То же мы имеем для молекулы NH3. [c.79] Молекулы и связи, обладаюи ие несимметричным распределением электрических зарядов, называются полярными. Полярные молекулы обладают дипольным моментом, отличным от нуля. [c.79] Днпольные моменты молекул неорганических соединений,сходных по составу, показывают закономерную связь с положением соответствующих элементов в периодической системе. На рис. 22 показана взаимосвязь дипольных моментов молекул NH3, РНз, AsHa и молекул HF, НС1, НВг. Рассмотрим подробнее полярную структуру молекул воды. [c.79] Распределение электронов (строение электронного облака)-в молекулах воды можно представить себе как показано на рис. 23, Молекула воды состоит из трех атомных ядер и 10 элект ронов. Первая электронная пара (15-электроны) атома кислорода (показанная кружком) расположена на небольшом расстояний от ядра этого атома. Остальные четыре пары образуют электронные облака, вытянутые в направлении четырех вершин тетраэдра. Две из этих пар связаны с ядрами водородных атомов. Соответствующим вершинам тетраэдра можно приписать некоторый положительный заряд. Две другие пары придают своим вершинам отрицательный заряд. По крайней мере для молекул воды, находящихся в кристаллах льда, можно принять, что расстояние от ядра кислородного атома до всех вершин тетраэдра одинаково и составляет 0,99 А и что тетраэдр этот можно рассматривать как правильный. [c.80] Полярная структура молекул оказывает влмяние на многие свойства. Так, в частности, наличие диполя у молекулы приводит -к тому, что определенные взаимные расположения одной молекулы относительно другой являются более устойчивыми по сравнению с остальными, чего не наблюдается у неполярных молекул. Когда положительно заряженный конец одной молекулы находится вблизи отрицательно заряженного конца другой молекулы, взаимное притяжение молекул усиливается в результате электростатического взаимодействия. Между молекулами устанавливается междиполь-ная связь. Взаимодействия, обусловливаемые таким расположением, оказываются достаточно интенсивными, чтобы в случае сильно полярных веществ привести к установлению взаимной связи между молекулами, т. е. привести к объединению (ассоциации) их в своего рода комплексы. [c.81] Другим примером влияния полярной структуры молекул на свойства вещества может служить хорошо известное явление электролитической диссоциации. Здесь также играет роль взаимодействие полярных молекул растворителя (и, в частности, воды) с сильно полярными молекулами электролитов. [c.81] Еще в более сильной степени происходят подобные взаимодействия между ионами и полярными молекулами (ионно-дипольная связь). Многие свойства растворов электролитов целиком зависят от такого взаимодействия молекул растворителя с находящимися в растворе ионами. В результате у иона образуется как бы оболочка из молекул растворителя ее называют сольватной или — в частном случае водных растворов — гидратной оболочкой ( 156). Подобные же взаимодействия играют роль в образовании кристаллогидратов различных солей или других соединений. В таких процессах большую роль играет и происходящая при этом взаимная поляризация частиц. [c.81] Вернуться к основной статье