Дипольный момент молекули і связи

Міністерство загального користування та професійної освіти РФ.

Московський Державний Технічний Університет їм. Н. Э. Баумана.

Доклад.

Дипольный момент молекули і связи.

Виконано студенткою грн. МТ10−42.

Галямовой Ириной.

Перевірив Волков А.А.

м. Москва, 2001 р. Уявімо, що знайти «центри тяжкості» негативних і позитивних частин молекули. Тоді умовно все речовини може бути розбитий на дві групи. Одну групу становлять, в молекулах яких обидва «центру тяжкості» збігаються. Такі молекули називаються неполярными. До них належать все ковалентные двухатомные молекули виду А2, і навіть молекули, котрі перебувають із трьох і більше атомів, мають высокосимметричное будова, наприклад СО2, СS2, СCl4, С6 H6. По-друге групу входять все речовини, які мають «центри тяжкості» зарядів в молекулі не збігаються, молекули яких характеризуються електричної асиметрією. Ці молекули називають полярними. До них належать молекули виду АВ, у яких елементи Проте й У мають різну электроотрицательность, і з складніші молекули. Систему з цих двох різнойменних електричних зарядів, рівних абсолютну величину, називають диполем.

Полярность молекули (і полярність зв’язку) характеризується дипольным моментом молекули (чи связи).

Розмір дипольного моменту тяжко впливає властивості полярних молекул і речовин, побудованих з цих молекул. Полярні молекули поляризуються в електричному полі, устанавливаясь по силовим лініях поля, орієнтуються в электических полях, створюваних іонами в розчинах, взаємодіють між собою, замикаючи свої електричні поля. Дипольный момент утворюється з допомогою усунення центрів позитивного і негативного зарядів певну величину l, звану довжиною диполя. Чим більше полярні молекули, що глибші зміщено валентные електронні пари до жодного з атомів, то більше вписувалося ?. І навпаки, якщо електрична ассиметрия молекул незначна, то величина? невлика. Для системи з цих двох частинок дипольный момент? дорівнює:? = el. Де eвеличина заряда;lвідстань між центрами. Проте, визначаючи відразу величину дипольного моменту, ми знаємо ні величини заряду e, локалізованого в полярною молекулі, ні відстані між центрами l. [pic].

Принимаем e рівним заряду электрона (1,6021*10−19Кл) і тоді отримуємо наведену довжину диполя l, що є умовної величиною. У ролі одиниця виміру дипольных моментів прийнято дебай (названный в честь голландського фізика П. Дебая, який розробив теорію полярних молекул).в системі СІ 1D=0,33*10−29Кл*м. Дипольные моменти зазвичай визначають експериментально, вимірюючи відносну диэлектрическую проникність? речовин що за різних температурах. Якщо речовина розмістити у електричне полі, створюване конденсатором, то ємність останнього зросте у? раз, тобто. ?=c/c0 (де c0 і зємність конденсатора в вакуумі і серед речовини). Енергія електричного поля була в конденсаторі U виражається соотношением:

U=½cV2,.

где Vнапруга на обкладках конденсатора. З наведеного рівняння видно, що конденсатор серед речовини має більший запас енергії, ніж у вакуумі (с>1). Це пов’язано з тим, під дією електричного поля відбувається поляризація середовища — орієнтація диполів і деформація молекул. Перший ефект залежить від температури, другий — залежною. Температурну залежність щодо диэлектической проникності речовини? висловлює рівняння Ланжевена-Дебая:

[pic]' де Мвідносна молекулярна маса речовини; ?- щільність речовини, NAстала Авогадро; kстала Больцмана, рівна R/ NA (Rуніверсальна газова стала); ?- деформационная поляризуемость молекул. Вимірявши? при двох температурах, з допомогою рівняння Ланжевена-Дебая можна визначити? і ?. Є й інші методи експериментального визначення ?.

Значения дипольных моментів декому перетинів поміж різнорідними атомами наведені у таблиці: [pic].

Не слід плутати дипольный момент зв’язку й дипольный момент молекули, так як і молекулі можуть існувати кілька зв’язків, дипольные моменти яких сумуються як вектори. З іншого боку, на величину дипольного моменту молекули можуть впливати магнітні поля орбиталей, містять електронну пару, — «неподеленные «електрони. Вплинув на полярність молекули надає її симетрія. Наприклад, молекула метану CH4 має високим рівнем симетрії (центрированный тетраэдр), і тому векторна сума дипольных моментів зв’язків (?=0,4D) дорівнює нулю:

(?св=0 Якщо замінити водневі атоми на атоми хлору й одержати молекулу CCl4, у якої дипольный момент зв’язку ?=2,05D, ті, у п’ять разів більший, ніж для ЗH, то результат залишиться колишнім, оскільки молекула CCl4 має настільки ж будовою. [pic] мал.2. схема будівлі молекули СО2.

Зв’язок С=О має дипольным моментом 2,7D, проте лінійна молекула СО2 Є неполярной до того часу, поки структура не спотвориться під дією інших молекул (напр, Н2О).Структура лінійної молекули СО2, в якої атом вуглецю гибридизирован частково: 2s22p2 2s12p3 2q22p2, представлена на мал.2. Дипольные моменти зв’язків, володіючи різними знаками, дають загальний депольный момент, рівний нулю:

(?св=0. Отже, полярність молекул визначається дуже складно, оскільки він враховує все взаємодії, які можуть виникнути у такому складної структурі, як молекула. З іншого боку, «полярність» молекули не визначається лише величиною дипольного моменту, а залежить також від ж розмірів та конфігурації молекул. Наприклад, молекула води різкіше виявляє свої полярні властивості (освіту гідратів, розчинність тощо.), ніж молекула етилового спирту, хоча дипольные моменти вони майже однакові (?н2о=1,84D; ?с2н5он=1,70D).

Значения дипольных моментів декому полярних молекул:

|молеку|? |молеку|? |молеку|? |молеку|? |молекула|? | |ла | |ла | |ла | |ла | | | | |Н2 |0 |HF |1,8|Н2О |1,8|CO2 |0 |CH4;CCl4|0 | | | | |2 | |4 | | | | | |О2 |0 |HCl |1,0|Н2S |0,9|SO2 |1,61|CH3Cl |1,8| | | | |7 | |3 | | | |6 | |N2 |0 |HBr |0,7|NН3 |1,4|SO3 |0 |CH2Cl2 |1,5| | | | |9 | |6 | | | |7 | |Cl2 |0 |HI |0,3|PН3 |0,5|SF6 |0 |CHCl3 |1,1| | | | |8 | |5 | | | |5 |.

Дипольный момент полярною молекули може змінювати свою величину під дією зовнішніх електричних полів, і навіть під впливом електричних полів інших полярних молекул, однак за видаленні зовнішніх впливів дипольный момент приймає колишню величину. Деякі молекули, неполярные у звичайних обставинах, може бути так званий індукований чи «наведений» дипольный момент, теж зникає під час зняття поля. Величина індукованого моменту у першому наближенні пропорційна напруженості електричного поля E: ?инд=??0E, де? — коефіцієнт поляризуемости, [?]=м3, ?0-электрическая стала. Фізико-хімічні особливості полярних молекул визначаються їх здатністю реагувати на зовнішні електричні поля (електрична поляризація) і поля, створені іншими полярними молекулами. У частковості, з допомогою взаємодії з полярними молекулами води такі полярні молекули, як HF, HCl і др., могут піддаватися електролітичної диссоциации.

Дополнительно використовувана література: 1. Общая і неорганічна хімія. Карапетьян, Дракин 2. Теоретичні основи загальної хімії. Горбунов, Гуров, Филиппов.