Электронные распределения и дипольные моменты

Во всех остальных химических реакциях, в которых осуществляются процессы полного или частичного разрыва связей (раздел 13.3.2), для правильной оценки ППЭ реакции требуется детальный и часто очень полный учет корреляционных поправок. Их учет необходим также при расчете физических свойств, прямо связанных с оператором Гамильтона (частоты электронных переходов, силовые константы и пр.). В то же время при расчете характеристик, непосредственно не зависящих от оператора энер яи (электронные распределения, дипольные моменты и др.), корреляционные поправки имеют второстепенное значение. [c.377]

Интересным подтверждением нащих предположений о различии между пирролом и пиридином служат их дипольные моменты. Дипольный момент пиррола [189] равен 1,80D, и его на правление соответствует положительному заряду на атоме N. При этом не более 0,4 D приходится на долю каждой из а-связей С—Н, С—N и N—Н, вследствие чего величина 1,4D обусловлена л-электронами. Значение дипольного момента, получаемое из я-электронного распределения, представленного на рис. 9.12, (9, равно приблизительно 1,9 0, и момент имеет правильное направление. В молекуле пиридина, напротив, наблюдаемый дипольный момент равен 2,15 D [88] направление его соответствует отрицательно заряженному атому N. Как раз это и следует из рис. 9.10, а значения указанных на нем зарядов приводят к я-моменту цл (иногда называемому резонансным моментом [369]), равному 1,2 D. Если добавить к этой величине моменты 0 связей С—Н и С—N и момент неподеленной пары [c.280]

Итак, точечное распределение Холла (3.34) удовлетворяет условиям сохранения числа электронов и дипольного момента молекулы. Оно соответствует замене непрерывного зарядового распределения на v(v + 1)/2 точечных зарядов V зарядов в точках Кз с величиной и V (V — 1)/2 зарядов с величиной в точках Кд<. [c.128]

Химическое строение. Различие в химических свойствах используемых для получения мембран полимерных материалов может быть сведено к разнице в полярности молекул и их размеров. Полярность, которая с физической точки зрения характеризует неравномерность распределения электронных облаков, на химическом уровне количественно описывается такими показателями, как плотность заряда, дипольный момент и способность к образованию водородной связи. Хотя ионы и можно классифицировать как крайний случай полярных частиц, наиболее часто на практике их рассматривают отдельно. [c.65]

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]

Рассмотренная модель сферических ионов позволяет выполнять расчеты и других молекулярных параметров помимо энергии диссоциации, например дипольного момента. Небольшие расхождения с опытом объясняются несовершенством модели. Квантовомеханические расчеты показывают, что хотя распределение электронной плотности в молекулах МеХ напоминает распределение для двух сферических ионов, однако автономных оболочек двух ионов в молекуле нет, как нет и полного переноса электрона от Ме к X. [c.91]

При переходе электронов с ВЗМО на НСМО в возбужденной молекуле появляются две частично заполненные молекулярные орбитали, что приводит к снятию запрета реакции по правилу соответствия атомных орбиталей (см. 214). Изменение распределения электронной плотности в молекуле может сопровождаться изменением геометрической структуры молекул (ср. рис. 199 с рис. 45). Оно может привести к изменению прочности отдельных связей, поляризации и дипольных моментов молекул. Так, например, константы диссоциации /г-крезола и 1-нафтола в исходном (5 о) и возбужденном состояниях характеризуются следующими данными [c.614]

Эти свойства жидкой воды связаны с необычайностью ее структуры, которая и заключается в наличии водородной связи, образующейся в молекулах воды вследствие существования неподелен-ных электронных пар. Электронные пары расположены на двух орбиталях, лежащих в плоскости, перпендикулярной к плоскости НОН (рис. 1.5). За счет неподеленных пар электронов в каждой молекуле воды могут возникнуть две водородные связи. Еще две связи могут обеспечить два водородных атома. Таким образом, только одна молекула воды в состоянии образовать четыре водородных связи. Благодаря этому результирующее распределение зарядов в молекуле воды напоминает тетраэдр, два угла которого заряжены положительно, а два — отрицательно. Результирующий центр положительных зарядов находится посредине между протонами. Он отделен от результирующего центра отрицательных зарядов, расположенного вблизи атома кислорода с противоположной Т5Т протона стороны. Вследствие этого молекула воды оказывается электрическим диполем с дипольным моментом, равным Кл-м (отсюда и высокая диэлектрическая проницаемость воды, и связанная с ней способность растворять ионные вещества). [c.23]

Мгновенные и индуцированные диполи. Молекула представляет собой динамическую систему, в которой происходит постоянное движение электронов и колебание ядер. Поэтому распределение зарядов в ней не может быть строго постоянным. Например, молекулу С1а относят к неполярным значение ее дипольного момента равно нулю. Однако в каждый данный момент происходит временное смещение за- [c.82]

Исследование дипольных моментов позволяет судить о характере распределения электронной плотности в молекуле, ее пространственной конфигурации, поляризуемости (стр. 82). [c.190]

Полярность некоторых молекул не может быть передана в рамках модели полярности связей. Например, в молекулах СО и ВР распределение эффективных зарядов такое же, как и ожидается исходя из электроотрицательностей атомов. Однако дипольные моменты направлены не от более электроотрицательного атома к менее электроотрицательному (к углероду и бору, соответственно), а наоборот. Это связано с тем, что при оценке дипольных моментов молекулы следует учитывать не только явное перетекание заряда от одного атома к другому, но и перераспределение его около данного атома, В частности, необходимо учитывать и дипольные моменты электронных пар. Например, в молекуле СО сказывается собственный дипольный момент неподеленной электронной пары углерода (рис, 4,34), [c.140]

Атом гелия имеет сферическую симметрию, поэтому не имеет дипольного момента. Однако такое представление основано на усреднении во времени. Если снять мгновенную фотографию атома гелия, то будет видно несимметричное распределение электронов вокруг ядра в данный момент. Следовательно, должен быть мгновенный диполь. Такой диполь вызовет также мгновенный диполь в другом атоме, что может привести к синхронному полю во всей системе. От этого произойдет уменьшение энергии системы, но взаимодействие будет очень слабым. [c.185]

Интересно отметить, что дипольный момент диоксида азота NO2 составляет всего 0,29 D. Дело в том, что молекула NOj — частица с нечетным числом электронов, имеющая один неспаренный электрон. Этот электрон в значительной степени локализован и занимает одну из трех sp -гибридных орбиталей атома азота. Поскольку гибридная орбиталь дает несимметричное распределение электронной плотности относительно ядра, возникает дипольный момент, обусловленный неспаренным электроном, причем направление его вектора противоположно направлению дипольного момента нитрогруппы (рис. 32). [c.83]

В молекулах с одинаковыми атомами оба атома, образующие ковалентную связь, удерживают электроны с одинаковой силой. Электронная оболочка расположена симметрично относительно обоих атомов. Но если ковалентная связь образована двумя разными атомами, то электронная пара смещена в сторону атома, который сильнее притягивает электроны. Например, в молекуле газообразного хлористого водорода НС1 притяжение электронов к атому хлора сильнее, чем к водороду. В таких молекулах один атом оказывается заряженным более отрицательно за счет смещенных электронов, а другой более положительно. Хотя они и образуют в целом нейтральную молекулу, разные ее части заряжены относительно друг друга. Такая молекула является диполем. Мерой разделения зарядов служит величина ди-польного момента, определяемая как произведение расстояния между центрами распределения положительного и отрицательного заряда на величину заряда. Чем дальше оттянуты электроны к одному из атомов, тем сильнее разделены положительные и отрицательные заряды, тем больше дипольный момент. [c.285]

Расчеты показывают, что, вообще говоря, значения Qa близки к числу валентных электронов va атома А. Так как заряд атомного остатка компенсируется зарядом валентных электронов, то при Qa>va около атома А концентрируется отрицательный заряд, при Яа< а —положительный. Таким образом, вычислив все Qa, можно установить распределение зарядов в молекуле. По этому распределению оценивают дипольный момент молекулы, химические сдвиги в спектрах ЯМР, некоторые характеристики реакционной способности молекулы и др. [c.51]

Электронный заряд на свободных атомах кислорода и углерода равняется 6 и 4 соответственно. В молекуле формальдегида электронный заряд на атоме кислорода составляет 6,2389, на атоме углерода — 3,6715. Это означает, что кислород как бы притягивает к себе электронное облако. Неравномерное распределение заряда по молекуле обусловливает наличие у нее дипольного момента. [c.62]

При поглощении кванта света молекула переходит в электронновозбужденное состояние, в котором существенно меняются такие свойства, как геометрия, электронное распределение, реакционная способность и др. Так, например, молекула формальдегида Н2С = 0, плоская в основном состоянии, при возбуждении меняет геометрическую структуру на пирамидальную с внеплоскостным углом 35°. Дипольный момент 4-амина-4 -нитростирола в основном состоянии равен 6,80, а в первом синглетном возбужденном состоянии он становится равным 28,50, что свидетельствует о существенном перераспределении электронной плотности. В нафталине а-положение в 50 раз реакционноспособнее р-положения. При возбуждении наблюдается нивелирование реакционной способности а- и 3-положений. [c.289]

Электронные распределения и дипольные моменты [c.346]

Перечислим еще несколько факторов, оказывающих влияние на распределение заряда в молекуле. Во-первы.х, определенный вклад вносят неподеленные пары электронов на гибридных орбиталях. Как нетрудно видеть из рис. 14, средняя координата электрона, находящегося на гибридной орбитали, не совпадает с координатой атомного остова. Следовательно, тахая пара электронов создает дипольный момент, направленный в сторону атома. Этот момент диполя суммируется с дипольными моментами связей. В качестве примера рассмотрим молекулы NHз и ЫРз (рис. 32). Сравнение электроотрнцательностей атомов Н (2,1), N (М) и Р (4,0) показывает что связи М—Н и М-Р должны обладать близкими дипольными моментами. Однако в случае аммиака ЫНз дипольные моменты направлены в сторону атомов Н и должны суммироваться [c.90]

Электронное возбуждение влияет на дипольные моменты не только путем изменений в геометрии молекулярного скелета, но и через перераспределение самих электронов. Определяя это распределение, дипольные моменты таким образом предполагают возможное химическое поведение возбужденных состояний. Изменения в дипольном моменте при возбуждении можно установить по влиянию полярных растворителей на спектры поглощения и флуоресценции и по воздействию приложенных электрических полей на деполяризацию флуоресценции, возбужденной поляризованным светом. Все эти изменения могут происходить как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения величины дипольных моментов. Например, в формальдегиде (метаноле) дипольный момент уменьшается от 2,3 дебая в основном состоянии до 1,6 дебая в состоянии ( , я ), тогда как для бензофенона эти значения составляют 2,9 и 1,2 дебая в основном и возбужденном состояниях соответственно. Уме1[ьше-ние дипольных моментов определяется уменьшением поляризации связи С = 0 в возбужденной молекуле. В то же время дипольный момент ароматической молекулы, такой, как 4-нитроанилин, при возбуждении увеличивается от 6 до 14 дебая. Это происходит в значительной мере благодаря процессам переноса заряда в возбужденном состоянии можно ожидать, что полностью биполярная структура 4-нитроанилина, с полностью отрицательными зарядами на каждом кислороде и полностью положительными зарядами на каждом азоте, должна иметь дипольный момент около 25 дебая. [c.150]

Естественно, подобная модель не может правильно отразить свойства, зависящие от деталей распределения электронной плотности - дипольный момент, константы квадрупольного взаимодействия и т.д. Более того, невозможность корректно учесть деформацию ионов и отталкивание их электронных обо -лоче1С, видимо, не позволяет оценить с точностью более высокой, чем 10—20% 35 даже энергии образования молекул из ионов. Но все же можно ожидать, что тенденции изменения энергии образования и общий характер функции потенциальной энергии (а следовательно, и геометрическая конфигурация адер) [c.13]

Зная распределение зарядов (табл. 13), можно рассчитать вклад л-электронов в дипольный момент дтолекулы по простой формуле [c.36]

Ван-дер-ваальсовые взаимодействия. Это электростатические взаимодействия между молекулами, возникающие при флуктуции в распределении электронов, порождающей дипольные моменты. Силы Ван-дер-Ваальса [c.261]

Индукционное взаимодействие. Установлено, что раствори — тели, обладающие значительным дипольным моментом, способны индуцировать дипольный момент у молекул асимметричной и сла— боасимметричной структуры. Следовательно, индуцированию подвержены как полярные, так и некоторые неполярные углеводороды масляного сырья. Поляризации подвержены в большей степени полициклические ароматические углеводороды, у которых ароматические кольца слабо экранированы нафтеновыми циклами и короткими алкильными цепями (то есть голоядерные). Под влиянием элв стростатического поля растворителя в таких молекулах масляной фракции возникает дeфopмai ия внешнего электронного слоя, что приводит к неравномерному распределению зарядов на отдельных участках молекул. В результате неполярная молекула временно превращается в индуцированный диполь. Молекулы с индуцированным дипольным моментом подвергаются далее ориентационному взаимодействию и переходят и раствор полярного растворителя. Индукционные силы взаимодействия зависят от силы электростатического поля полярной молекулы, то есть от значения дипольного момента и химической природы неполярных молекул, а именно от способности их поляризоваться. Индуцированный дипольный момент пропорционален напряженности поля Е, то есть =аЕ, где а характеризует степень поляризуемости индуцированной молеку — лы. [c.215]

Для всех гетеронуклеарных молекул можно отметить характерную особенность электронная плотность в них распределена несимметрично относительно обоих ядер. При таком распределении электронной плотности химическую связь называют полярной или точнее полярной ковалентной связью, а молекулы полярными. Среди молекул гидридов у НР особенно заметно несимметричное распределение заряда (рис. 31). Не только несвязывающие молекулярные орбитали 1а , 2а и 1л,1 практически целиком сосредоточены вокруг ядра фтора, но и на связывающей молекулярной о-орбитали электронная плотность благодаря большому различию в эффективных зарядах ядер водорода (1) и фтора (5.20) смещена в сторону последнего. Вследствие этого электрические центры тяжести положительных зарядов ядер и отрицательных зарядов электронов не совпадают, и в молекуле возникает постоянный электрический диполь — система двух равных по величине и противоположных по знаку зарядов +<7 и —д, разде-. ленных расстоянием I, называемым длиной диполя (рис. 32). Взаимодействие молекулы с электрическим полем будет зависеть от величины вектора а — электрического дипольного момента молекулы [c.84]

Таким образом, определив при помощи метода МОХ распределение я-электронной плотности и зная геометрию молекулы, можно вычислить дипольный момент, обусловленный распределением я-элек-тронов. Расчеты по методу МОХ дают завышенные значения диполь-ного момента. [c.42]

Дисперсионные силы. Несмотря на симметричное распределение зарядов в иеполяриых молекулах электроны неполярной молекулы А в любой момент могут образовать такую конфипурацию, в результате которой молекула приобретает мгновенный дипольный момент. Этот дипольный момент поляризует другую неполярную молекулу В, что приводит к взаимному притяжению молекул А и В. В результате непрерывного возникновения кратковременных диполей и их согласованной ориентации действие дисперсионных сил постоянно возобновляется. Дисперсионное взаимодействие не зависит от температуры и проявляется при любой температуре и при взаимодействии не только неполярных, но и полярных молекул, т. е. является наиболее универсальным по сравнению с другими силами межмолекулярного взаимодействия. [c.71]

Из физико-химических (инструментальных) йй-бдов исследования, применяемых для установления молекулярной структуры органических веществ, наиболее часто используются оптическая спектроскопия (в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасных областях спектра), спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР), хроматография, метод дипольных моментов молекул, рентгеноструктурный анализ, молекулярная масс-спектроскопия и др. С помощью этих методов получают ценную информацию о взаимном расположении атомов в молекуле, их взаимовлиянии, внутримолекулярных расстояниях, поляризуемости связей, валентных углах и распределении электронной плотности и т. д. [c.123]

Согласно методу МО, переход к ионным связям сопряжен с тем, что в зависимости от коэффициентов С и сг вероятность нахожде ия электронов у одного из ядер оказывается выше, чем у другог . Вследствие этого в молекулах электрический заряд распределен неравномерно, и в них появляется так называемый дипольный момент (произведение расстояния между центрами зарядов на заряд х = е/). При измерении дипольного момента всегда надо иметь в виду, что существует различие между постоянным и индуцированным (наведенным) дипольным моментом. [c.99]

ВеННОЙ структурной формулой, то волновая функция молекулы Фделон-построенная из делокализованных многоцентровых орбиталей, математическим преобразованием может быть приведена к виду Фдок> выражающему то же самое распределение электронной плотности через локализованные двухцентровые орбитали. Эти орбитали широко используются в химической литературе, ибо с каждой такой ЛМО ассоциируется химическое понятие о связи между двумя атомами в молекуле, о характеристичном свойстве связи — длине, прочности, дипольном моменте, поляризуемости и т. п. [c.101]

Молекулы взаимодействуют друг с другом. Для объяснения межмолекулярных взаимодействий были созданы химическая и физическая теории, предполагающие только химическую или только физическую природу межмолекулярных сил. Среди физических рассматривались ван-дер-ваальсовы силы, которые возникают в связи с ориентационным взаимодействием полярных молекул, обладающих постоянным моментом диполя, индукционным взаимодействием молекул, способных поляризоваться под действием соседних молекул, и дисперсионным взаимодействием мгновенных атомных диполей, имеющих постоянно меняющийся дипольный момент за счет несимметричного распределения зарядов колеблющихся ядер и двигающихся электронов. [c.25]

Явление сопряжения существенно изменяет физические и химиче ские свойства гетероциклического соединения. Так, вследствие сопря жения дипольный момент фурана значительно меньше, чем родствен кого ему тетрагидрофурана (2,3 10" Кл м против 5,6 10 Кл-м) В химическом отношении ароматические гетероциклы подобны бензо лу и более склонны к реакциям замещения, а не присоединения Вместе с тем благодаря наличию гетероатомов они имеют некоторую специфику. В частности, вследствие высокой электроотрицательности атомов О, 8, N равномерность распределения электронной плотности в кольце нарупгается, а связи гетероатом — углерод и молекула в целом поляризуются. [c.316]

Согласно квантовой механике излучение (поглощение) происходит только при переходе из одного стационарного состояния в другое. При этом изменяется распределение электронной плотности, что с классической точки зрения отвечает появлению дипольного момента в акте перехода. Анализ показывает, что атомная (молекулярная) система под влиянием возмущения, изменяющегося во времени, например под влиянием периодически изменяющегося электромагнитного поля (света), может совершать переходы из одного стационарного состояния в другое, пог.нощая при этом квант энергии г = км = = Е"—Е . Время перехода ничтожно коротко. Время жизни в возбужденном состоянии около 10 с (за исключением особых случаев). Возвращаясь в основное состояние, атом (молекула) изучает квант с энергией е = /IV, и в спектре испускания наблюдается линия с частотой [c.35]

Электрические дипольные моменты. Для вычисления дипольного момента надо, согласно Малликену [8], рассчитать заряды на атомах из распределения связывающей электронной плотности в молекуле. Тогда Однако не всегда получаютсяхорошие результаты, так как часто надо еще учесть нарушение локальной симметрии в результате гибридизации молекулярных несвязывающих орбиталей Для ионных молекул (Li l, LiF и др.)> обладающих большими дипольными моментами, погрешность в расчет тах дшюльньтх моментов в хартри-фоковском пределе невелика (- О.З—0,7 10 ° Кл-м), но для ковалентных,таких, как.СО, SiO, она может достигать и 1,5 10 ° Кл-м, т. е.- сравнима с величиной дипольного момента. [c.159]

Симметрия. молекулярной орбитали во многом определяется симметрией равновесной конфигурации молекулы. Следовательно, от симметрии молекулы зависят правила отбора в спектрах поглощения и испускаш1я и распределение электронной плотности. Молекулы, обладающие центром симметрии (Д, <Х и др.), — неполярны, например Вер2 и, неполярны также молекулы высокой симметрии, хотя и не имеющие центра, симметрии, как, например, тетраэдрические СН4, СС1(4 и другие (3 ), плоские ВРз, А1Рз и другие (1>з ). Если равновесная конфигурация молекулы известна, то существование или отсутствие дипольного момента может быть точно предсказано на основании соображений симметрии при помощи теории групп. В свою очередь измерение дипольного момента может указать на геометрию равновес- [c.176]

Это соединение отличается удивительно высокой для углеводородов величиной дипольного момента (6,30 для гексафенил 5амещеи-ного). Если бы распределение электронов в молекуле калицена правильно отображалось структурой Х а, его дипольный момент был бы близок к нулю. Столь большое значение дипольного момента определяется смещением электронной плотносги с трехчленного кольца, стремящегося оставить на орбиталях лишь два л-электрона, иа пятичленное, охотно приобретающее шестой электрон, недостающий до секстета. Подобная поляризация объясняет высокие дипольные моменты илидов, например циклопентадиенилиденовых производных (XX), шестичленных гетероциклов (XXI) и др. [c.269]

Метод NDO/2 наиболее успешно применяется для изучения электронного распределения в молекуле и расчета дипольного момента, который вычисляется как сумма двух членов [c.346]