ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Полярные и неполярные молекулы 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