Как определить полярность молекул

Содержание

Полярность молекулы (и полярность связи) характеризуется дипольным моментом молекулы (или связи)

Как определить полярность молекул

Министерство общего и профессионального образования РФ

Московский Государственный Технический Университет

им. Н.Э.Баумана

Доклад

Дипольный момент молекулы и связи

Галямовой Ириной

Проверил Волков А.А.

г.Москва, 2001г.

Представим себе, что можно найти “центры тяжести” отрицательных и положительных частей молекулы. Тогда условно все вещества можно разбить на две группы. Одну группу составляют те, в молекулах которых оба “центра тяжести” совпадают. Такие молекулы называются неполярными.

К ним относятся все ковалентные двухатомные молекулы вида А2, а также молекулы, состоящие из трех и более атомов, имеющие высокосимметричное строение, например СО2, СS2 , СCl4 , С6 H6.

Во вторую группу входят все вещества, у которых “центры тяжести” зарядов в молекуле не совпадают, молекулы которых характеризуются электрической асимметрией. Эти молекулы называют полярными.

К ним относятся молекулы вида АВ, в которых элементы А и В имеют различную электроотрицательность, и многие более сложные молекулы. Систему из двух разноименных электрических зарядов, равных по абсолютной величине, называют диполем.

Величина дипольного момента сильно влияет на свойства полярных молекул и веществ, построенных из таких молекул.

Полярные молекулы поляризуются в электрическом поле, устанавливаясь по силовым линиям поля, ориентируются в электических полях, создаваемых ионами в растворах, взаимодействуют между собой, замыкая свои электрические поля.

Дипольный момент образуется за счет смещения центров положительного и отрицательного зарядов на некоторую величину l, называемую длиной диполя.

Чем более полярны молекулы, чем значительнее смещены валентные электронные пары к одному из атомов, тем больше . И наоборот, если электрическая ассиметрия молекул незначительна, то величина невлика .

Для системы из двух частиц дипольный момент  равен:  = el.

Где eвеличина заряда;l– расстояние между центрами. Однако, определяя сразу величину дипольного момента, мы не знаем ни величины заряда e, локализованного в полярной молекуле, ни расстояния между центрами l.

Принимаем e равным заряду электрона(1,6021*10-19Кл) и тогда получаем приведенную длину диполя l, которая является условной величиной. В качестве единицы измерения дипольных моментов принят дебай(названный в честь голландского физика П.Дебая, разработавшего теорию полярных молекул).в системе СИ 1D=0,33*10-29Кл*м.

Дипольные моменты обычно определяют экспериментально, измеряя относительную диэлектрическую проницаемость  веществ при различных температурах. Если вещество поместить в электрическое поле, создаваемое конденсатором, то емкость последнего возрастет в  раз, т.е. =c/c0 (где c0 и с- емкость конденсатора в вакууме и в среде вещества).

Энергия электрического поля в конденсаторе U выражается соотношением:

U=1/2cV2,

где V- напряжение на обкладках конденсатора.

Из приведенного уравнения видно, что конденсатор в среде вещества имеет больший запас энергии, чем в вакууме (с>1). Это обусловлено тем, что под действием электрического поля происходит поляризация среды – ориентация диполей и деформация молекул. Первый эффект зависит от температуры, второй – не зависит.

Температурную зависимость относительно диэлектической проницаемости вещества выражает уравнение Ланжевена-Дебая:

где М- относительная молекулярная масса вещества; плотность вещества, NA- постоянная Авогадро; k- постоянная Больцмана, равная R/ NA (R- универсальная газовая постоянная);  деформационная поляризуемость молекул.

Измерив  при двух температурах, с помощью уравнения Ланжевена-Дебая можно определить и Есть и другие методы экспериментального определения 

Значения дипольных моментов для некоторых связей между разнородными атомами приведены в таблице:

Не следует путать дипольный момент связи и дипольный момент молекулы, так как в молекуле могут существовать несколько связей, дипольные моменты которых суммируются как векторы.

Кроме того, на величину дипольного момента молекулы могут влиять магнитные поля орбиталей, содержащих электронную пару,- “неподеленные” электроны.

Большое влияние на полярность молекулы оказывает ее симметрия.

Например, молекула метана CH4 обладает высокой степенью симметрии (центрированный тетраэдр), и поэтому векторная сумма дипольных моментов связей (=0,4D) равна нулю:

Sсв=0

Если заменить водородные атомы на атомы хлора и получить молекулу CCl4, у которой дипольный момент связи =2,05D, те в пять раз больший, чем для C-H, то результат останется прежним, так как молекула CCl4 обладает таким же строением.

рис.2. схема строения молекулы СО2

Связь С=О обладает дипольным моментом 2,7D, однако линейная молекула СО2

Является неполярной до тех пор, пока ее структура не исказится под действием других молекул(напр, Н2О).Структура линейной молекулы СО2, в которой атом углерода гибридизирован частично: 2s22p2 2s12p3 2q22p2 ,представлена на рис.2. Дипольные моменты связей, обладая различными знаками, дают общий депольный момент, равный нулю:

Sсв=0.

Таким образом, полярность молекул определяется довольно сложно, так как она учитывает все взаимодействия, которые могут возникнуть в такой сложной структуре, как молекула.

Кроме того, ”полярность” молекулы не определяется лишь величиной дипольного момента, а зависит также от размеров и конфигурации молекул. Например, молекула воды более резко проявляет свои полярные свойства (образование гидратов, растворимость и т.д.

), чем молекула этилового спирта, хотя дипольные моменты у них почти одинаковые (н2о=1,84D; с2н5он=1,70D).

Значения дипольных моментов для некоторых полярных молекул:

Дипольный момент полярной молекулы может изменять свою величину под действием внешних электрических полей, а также под действием электрических полей других полярных молекул, однако при удалении внешних воздействий дипольный момент принимает прежнюю величину.

Некоторые молекулы, неполярные в обычных условиях, могут получать так называемый индуцированный или “наведенный” дипольный момент, тоже исчезающий при снятии поля.

Величина индуцированного момента в первом приближении пропорциональна напряженности электрического поля E: инд=0E, где- коэффициент поляризуемости, []=м3,0электрическая постоянная.

Физико-химические особенности полярных молекул определяются их способностью реагировать на внешние электрические поля (электрическая поляризация) и на поля, созданные другими полярными молекулами. В частности, за счет взаимодействия с полярными молекулами воды такие полярные молекулы, как HF, HCl и др.,могут подвергаться электролитической диссоциации.

Дополнительно используемая литература:

1.Общая и неорганическая химия. Карапетьян, Дракин

2. Теоретические основы общей химии. Горбунов, Гуров, Филиппов

Источник: https://mirznanii.com/a/194149/dipolnyy-moment-molekuly-i-svyazi

Как определить полярность связи? Прямая и обратная полярность

Как определить полярность молекул
Образование 10 июля 2017

Узнаем сегодня, как определить полярность связи и зачем это нужно. Раскроем физический смысл рассматриваемой величины.

Химия и физика

Когда-то все дисциплины, посвященные изучению окружающего мира, объединялись одним определением. И астрономы, и алхимики, и биологи были философами. Но сейчас существует строгое распределение по разделам науки, а большие университеты точно знают, что нужно знать математикам, а что – лингвистам.

Впрочем, в случае химии и физики четкой границы нет. Часто они взаимно проникают друг в друга, а бывает, что идут параллельными курсами. В частности, спорным объектом является полярность связи.

Как определить, относится эта область знания к физике или химии? По формальному признаку – ко второй науке: сейчас школьники изучают это понятие как часть химии, но без знаний по физике им не обойтись.

Строение атома

Для того чтобы понять, как определить полярность связи, сначала надо вспомнить, как устроен атом. В конце девятнадцатого века было известно, что любой атом нейтрален в целом, но содержит в разных обстоятельствах разные заряды.

Резерфод установил, что в центре любого атома располагается тяжелое и положительно заряженное ядро. Заряд атомного ядра всегда целочисленный, то есть он составляет +1, +2 и так далее.

[attention type=green]
Вокруг ядра располагается соответствующее количество легких отрицательно заряженных электронов, число которых строго соответствует заряду ядра. То есть если заряд ядра +32, то вокруг него должны располагаться тридцать два электрона. Они занимают определенные позиции вокруг ядра.
[/attention]

Каждый электрон как бы «размазан» вокруг ядра на своей орбитали. Ее форма, позиция и расстояние до ядра определяются четырьмя квантовыми числами.

Почему возникает полярность

В нейтральном атоме, расположенном вдалеке от других частиц (например, в глубоком космосе, вне галактики), все орбитали симметричны относительно центра. Несмотря на довольно сложную форму некоторых из них, орбитали любых двух электронов не пересекаются в одном атоме.

Но если наш отдельно взятый атом в вакууме встретит на своем пути другой (например, войдет в облако газа), то он захочет взаимодействовать с ним: орбитали валентных внешних электронов вытянутся в сторону соседнего атома, сольются с ним. Возникнет общее электронное облако, новое химическое соединение и, следовательно, полярность связи.

Как определить, какой атом возьмет себе большую часть общего электронного облака, расскажем далее.

Какими бывают химические связи

В зависимости от типа взаимодействующих молекул, разности в зарядах их ядер и силы возникающего притяжения, существуют следующие типы химических связей:

  • одноэлектронная;
  • металлическая;
  • ковалентная;
  • ионная;
  • ван-дер-ваальсова;
  • водородная;
  • двухэлектронная трёхцентровая.

Для того чтобы задаваться вопросом о том, как определить полярность связи в соединении, она должна быть ковалентной или ионной (как, например, у соли NaCl).

В целом эти два типа связи различаются только тем, насколько сильно смещается электронное облако в сторону одного из атомов. Если ковалентная связь не образована двумя одинаковыми атомами (например, О2), то она всегда слегка поляризована. В ионной связи смещение сильнее.

Считается, что ионная связь приводит к образованию ионов, так как один из атомов «забирает» электроны другого.

Но на самом деле полностью полярных соединений не существует: просто один ион очень сильно притягивает к себе общее электронное облако. Настолько сильно, что оставшимся кусочком равновесия можно пренебречь.

Итак, надеемся, стало понятно, что определить полярность ковалентной связи можно, а полярность ионной связи не имеет смысла определять.

Хотя в данном случае различие между этими двумя типами связи – это приближение, модель, а не истинное физическое явление.

Определение полярности связи

Надеемся, читатель уже понял, что полярность химической связи – это отклонение распределения в пространстве общего электронного облака от равновесного. А равновесное распределение существует в изолированном атоме.

Способы измерения полярности

Как определить полярность связи? Вопрос этот далеко не однозначный. Для начала надо сказать, что раз симметрия электронного облака поляризованного атома отличается от аналогичной нейтрального, то и рентгеновский спектр изменится.

Таким образом, смещение линий в спектре даст представление о том, какова полярность связи. А если требуется понять, как определить полярность связи в молекуле более точно, то надо знать не только спектр испускания или поглощения.

Требуется выяснить:

  • размеры участвующих в связи атомов;
  • заряды их ядер;
  • какие связи были созданы у атома до возникновения этой;
  • какова структура всего вещества;
  • если структура кристаллическая, какие в ней существуют дефекты и как они влияют на все вещество.

Полярность связи обозначается как верхний знак следующего вида: 0,17+ или 0,3-. Стоит также помнить, что один и тот же вид атомов будет иметь непохожую полярность связи в соединении с различными веществами. Например, в оксиде BeO у кислорода полярность 0,35-, а в MgO – 0,42-.

Полярность атома

Читатель может задать и такой вопрос: “Как определить полярность химической связи, если факторов так много?” Ответ одновременно и прост, и сложен. Количественные меры полярности определяются как эффективные заряды атома.

Эта величина является разностью между зарядом находящегося в определенной области электрона и соответствующей области ядра. В целом эта величина достаточно хорошо показывает некую асимметричность электронного облака, которая возникает при образовании химической связи.

Сложность состоит в том, что определить, какая именно область нахождения электрона принадлежит именно этой связи (особенно в сложных молекулах) почти что невозможно. Так что, как и в случае разделения химических связей на ионные и ковалентные, ученые прибегают к упрощениям и моделям.

При этом отбрасываются те факторы и значения, которые влияют на результат незначительно.

Физический смысл полярности соединения

Каков же физический смысл значения полярности связи? Рассмотрим один пример. Атом водорода H входит как во фтороводородную кислоту (HF), так и в соляную (HCl).

Его полярность в HF равна 0,40+, в HCl – 0,18+. Это значит, что общее электронное облако гораздо сильнее отклоняется в сторону фтора, чем в сторону хлора.

И значит, что электроотрицательность атома фтора намного сильнее электроотрицательности атома хлора.

Полярность атома в молекуле

Но вдумчивый читатель вспомнит, что, помимо простых соединений, в которых присутствуют два атома, существуют и более сложные. Например, чтобы образовать одну молекулу серной кислоты (H2SO4), требуется два атома водорода, один – серы, и целых четыре кислорода.

Тогда возникает другой вопрос: как определить наибольшую полярность связи в молекуле? Для начала надо помнить, что любое соединение имеет некоторую структуру. То есть серная кислота – это не нагромождение всех атомов в одну большую кучу, а некая структура.

К центральному атому серы присоединяются четыре атома кислорода, образуя подобие креста. С двух противоположных сторон атомы кислорода присоединяются к сере двойными связями. С двух остальных сторон атомы кислорода присоединяются к сере одинарными связями и «держат» с другой стороны по водороду.

Таким образом, в молекуле серной кислоты существуют следующие связи:

Определив по справочнику полярность каждой из этих связей, можно найти наибольшую. Однако стоит помнить, что если в конце длинной цепочки атомов стоит сильно электроотрицательный элемент, то он может «перетягивать» на себя электронные облака соседних связей, повышая их полярность. В более сложной, чем цепочка, структуре вполне возможны иные эффекты.

Чем полярность молекулы отличается от полярности связи?

Как определить полярность связи, мы рассказали. В чем состоит физический смысл понятия, мы раскрыли. Но эти слова встречаются и в других словосочетаниях, которые относятся к данному разделу химии.

Наверняка читателей интересует, каким образом взаимодействуют химические связи и полярность молекул. Отвечаем: эти понятия взаимно дополняют друг друга и невозможны по отдельности.

Это мы продемонстрируем на классическом примере воды.

В молекуле H2O две одинаковые связи H-O. Между ними угол в 104,45 градуса. Так что структура молекулы воды представляет собой нечто вроде двузубой вилки с водородами на концах. Кислород – это более электроотрицательный атом, он оттягивает на себя электронные облака двух водородов.

Таким образом, при общей электронейтральности, зубчики вилки получаются немного более положительными, а основание – немного более отрицательным. Упрощение приводит к тому, что молекула воды имеет полюса. Это и называется полярностью молекулы.

Поэтому вода – такой хороший растворитель, эта разница в зарядах позволяет молекулам чуть-чуть оттягивать на себя электронные облака других веществ, разъединяя кристаллы на молекулы, а молекулы – на атомы.

Чтобы понять, почему у молекул при отсутствии заряда существует полярность, надо помнить: важна не только химическая формула вещества, но и строение молекулы, виды и типы связей, которые в ней возникают, разница в электроотрицательности входящих в нее атомов.

Наведенная или вынужденная полярность

Помимо собственной полярности, существует еще и наведенная или вызванная факторами извне. Если на молекулу действует внешнее электромагнитное поле, которое значительнее существующих внутри молекулы сил, то оно способно изменить конфигурацию электронных облаков.

То есть если молекула кислорода тянет на себя облака водорода в H2O, и внешнее поле сонаправлено с этим действием, то поляризация усиливается. Если поле как бы мешает кислороду, то полярность связи немного уменьшается.

Надо отметить, что требуется приложить достаточно большое усилие, чтобы как-то повлиять на полярность молекул, и еще большее – чтобы повлиять на полярность химической связи. Достигается этот эффект только в лабораториях и космических процессах.

Обычная микроволновка лишь усиливает амплитуду колебаний атомов воды и жиров. Но это никак не влияет на полярность связи.

В каком случае имеет смысл направление полярности

В связи с термином, который рассматривается нами, нельзя не упомянуть, что такое прямая и обратная полярность. Если речь идет о молекулах, то полярность имеет знак «плюс» или «минус».

Это значит, что атом либо отдает свое электронное облако и таким образом становится чуть более положительным, либо, наоборот, тянет облако на себя и приобретает отрицательный заряд. А направление полярности имеет смысл только тогда, когда заряд движется, то есть когда по проводнику идет ток.

Как известно, электроны движутся от их источника (отрицательно заряженного) к месту притяжения (положительно заряженного). Стоит напомнить, что существует теория, согласно которой электроны на самом деле движутся в обратную сторону: от положительного источника к отрицательному. Но в целом это не имеет значения, важен лишь факт их движения.

Так вот, в некоторых процессах, например при сварке металлических частей, важно, куда именно присоединены какие полюса. Следовательно, важно знать, как подключена полярность: напрямую или в обратную сторону. В некоторых приборах, даже бытовых, это тоже имеет значение.

Источник: .ru

Источник: https://monateka.com/article/239093/

Химическая полярность • ru.knowledgr.com

Как определить полярность молекул

В химии полярность относится к разделению электрического заряда, приводящего к молекуле или ее химическим группам, имеющим электрический диполь или момент многополюсника.

Полярные молекулы взаимодействуют через дипольный диполь межмолекулярные силы и водородные связи. Молекулярная полярность зависит от различия в electronegativity между атомами в составе и асимметрии структуры состава.

Полярность лежит в основе многих физических свойств включая поверхностное натяжение, растворимость, и таяние и точки кипения.

Полярность связей

Не все атомы привлекают электроны с той же самой силой. Сумму «напряжения», которое атом проявляет на его электронах, называют его electronegativity.

Атомы с высоким electronegativities — такие как фтор, кислород и азот — проявляют большее напряжение на электронах, чем атомы с ниже electronegativities.

В связи это приводит к неравному разделению электронов между атомами, поскольку электроны будут приближены к атому с выше electronegativity.

Поскольку у электронов есть отрицательный заряд, неравное разделение электронов в пределах выводы, присоединенные термокомпрессией к формированию электрического диполя: разделение положительного и отрицательного электрического заряда.

Поскольку сумма обвинения, отделенного в таких диполях, обычно меньше, чем фундаментальное обвинение, их называют частичными обвинениями, обозначенными как δ + (дельта плюс) и − (дельта минус). Эти символы были введены Кристофером Инголдом и его женой Хильдой Ашервуд в 1926.

Дипольный момент связи вычислен, умножая сумму отделенного обвинения и расстояние между обвинениями.

Эти диполи в пределах молекул могут взаимодействовать с диполями в других молекулах, создавая дипольный диполь межмолекулярные силы.

Классификация

Химики классифицируют полярность химических связей в три группы:

  • Неполярные связи происходят, когда различие в electronegativity между этими двумя атомами – меньше чем 0,4
  • Полярные связи происходят, когда различие в electronegativity между этими двумя атомами между 0,4 и 2,0
  • Ионические связи происходят, когда различие в electronegativity между этими двумя атомами больше, чем 2,0

Связи могут упасть между одной из двух крайностей — быть абсолютно неполярным или абсолютно полярным. Абсолютно неполярная связь происходит, когда electronegativities идентичны и поэтому обладают различием ноля.

Абсолютно полярную связь более правильно называют ионной связью и происходит, когда различие между electronegativities достаточно большое, что один атом фактически берет электрон от другого.

Термины, «полярные» и «неполярные», обычно применяются к ковалентным связям, то есть, связям, где полярность не полна. Чтобы определить полярность ковалентной связи, используя числовые средства, различие между electronegativity атомов взято.

В масштабе Pauling, если результат – меньше чем 0,4, связь вообще неполярна ковалентный. Если результат между 0,4 и 1.7, связь вообще полярная ковалентный. Если результат больше, чем 1,7, связь обычно считают ионной.

Полинг полагал, что частичный ионный характер связи – приблизительная функция различия в electronegativity между двумя атомами хранящимися на таможенных складах. Он оценил, что различие 1,7 соответствует 50%-му ионному характеру, так, чтобы большее различие соответствовало связи, которая является преобладающе ионной.

Полярность молекул

В то время как молекулы могут быть описаны как «полярные ковалентный», «неполярный ковалентный», или «ионный», это часто – относительное понятие с одной молекулой, просто являющейся более полярным или более неполярным, чем другой. Однако следующие свойства типичны для таких молекул.

Молекула составлена из одной или более химических связей между молекулярным orbitals различных атомов. Молекула может быть полярной или в результате полярных связей из-за различий в electronegativity, как описано выше, или в результате асимметричного расположения неполярных ковалентных связей и несближающихся пар электронов, известных как полное молекулярное орбитальное.

Полярные молекулы

У

полярной молекулы есть чистый диполь в результате противостоящих обвинений (т.е. наличие частичных положительных и частичных отрицательных зарядов) от полярных связей, устроенных асимметрично.

Вода (HO) является примером полярной молекулы, так как у этого есть небольшой положительный заряд на одной стороне и небольшой отрицательный заряд на другом. Диполи не уравновешиваются получающийся в чистом диполе. Из-за полярной природы самой молекулы воды, полярные молекулы обычно в состоянии распасться в воде.

Другой пример включает сахар (как сахароза), которые имеют многих полярный кислородный водород (-О) группы и являются в целом очень полярными.

Если дипольные моменты связи молекулы не отменяют, молекула полярная. Например, молекула воды (HO) содержит две полярных связи O-H в склонности (нелинейная) геометрия.

Дипольные моменты связи не отменяют, так, чтобы молекула сформировала молекулярный диполь со своим отрицательным полюсом в кислороде и своим положительным полюсом на полпути между двумя водородными атомами.

В числе каждая связь присоединяется к центральному атому O с отрицательным зарядом (красным) к атому H с (синим) положительным зарядом.

Водородный фторид, ПОЛОВИНА, молекула полярная на основании полярных ковалентных связей — в ковалентных электронах связи, перемещены к большему количеству electronegative атома фтора.

У аммиака, Нью-Хэмпшир, молекула три связи N–H есть только небольшая полярность (к большему количеству electronegative атома азота). Однако у молекулы есть два одиноких электрона в орбитальном, которое указывает на четвертую вершину приблизительного четырехгранника, (VSEPR).

Это орбитальное не участвует в ковалентном соединении; это богато электроном, который приводит к мощному диполю через целую молекулу аммиака.

В озоне – O – молекула две связи O–O неполярны (нет никакого electronegativity различия между атомами того же самого элемента).

Однако распределение других электронов неравно — так как центральный атом должен разделить электроны с двумя другими атомами, но каждый из внешних атомов должен разделить электроны только с одним другим атомом, центральный атом более лишен электронов, чем другие (у центрального атома есть формальное обвинение +1, в то время как внешние атомы у каждого есть формальное обвинение −1/2). Так как у молекулы есть геометрия склонности, результат – диполь через целую молекулу озона.

Неполярные молекулы

Молекула может быть неполярной или когда есть равное разделение электронов между двумя атомами двухатомной молекулы или из-за симметрического расположения полярных связей в более сложной молекуле. Например, у бора trifluoride (BF) есть треугольное плоское расположение трех полярных связей в 120 °. Это не приводит ни к какому полному диполю в молекуле.

Не каждая молекула с полярными связями – полярная молекула. У углекислого газа (CO) есть две полярных связи C-O, но геометрия CO линейна так, чтобы два дипольных момента связи отменили и нет никакого чистого молекулярного дипольного момента; молекула неполярна.

Примеры домашних неполярных составов включают жиры, нефть и бензин/бензин. Поэтому (за «нефтяное и водное» эмпирическое правило), большинство неполярных молекул водно-нерастворимое (гидрофобный) при комнатной температуре. Однако много неполярных органических растворителей, таких как скипидар, в состоянии растворить полярные вещества.

Сравнивая полярную и неполярную молекулу с подобными молярными массами, у полярной молекулы в целом есть более высокая точка кипения, потому что взаимодействие дипольного диполя между полярными молекулами вызывает большее приложение.

Наиболее распространенная форма такого взаимодействия – водородная связь, которая также известна как H-связь.

В молекуле метана (CH) четыре связи C–H устроены четырехгранным образом вокруг атома углерода. У каждой связи есть полярность (хотя не очень сильный).

Однако связи устроены симметрично, таким образом, нет никакого полного диполя в молекуле.

У двухатомной кислородной молекулы (O) нет полярности в ковалентной связи из-за равного electronegativity, следовательно в молекуле нет никакой полярности.

Гибриды

Большие молекулы, у которых есть один конец с полярными приложенными группами и другой конец с неполярными группами, являются хорошими сурфактантами. Они могут помочь в формировании стабильных эмульсий или смесях, воды и жиров. Сурфактанты уменьшают граничную напряженность между нефтью и водой, адсорбируя в жидко-жидком интерфейсе.

File:CHCA у колкой моющей png|This молекулы комплекса есть несколько полярных групп (мягкая контактная линза, любовь воды) на правой стороне и длинной неполярной цепи (липофильный, любящий жир) в левой стороне. Это дает ему свойства сурфактанта

File:Micelle мицелла схемы-en.svg|A — липофильные концы молекул сурфактанта распадаются в нефти, в то время как мягкая контактная линза заряженные концы остается снаружи в водной фазе, ограждая остальную часть гидрофобной мицеллы. Таким образом маленькая нефтяная капелька становится растворимой в воде.

File:Phospholipid схематический representation.png | Фосфолипиды – эффективные естественные сурфактанты, у которых есть важные биологические функции

File:Phospholipids представление секции структур svg|Cross водного раствора о структурах, которые могут быть сформированы фосфолипидами. Они могут сформировать мицеллу и являются жизненным в формировании клеточных мембран

Предсказание полярности молекулы

  • Этот стол классификации дает хорошее общее понимание предсказания молекулярного диполя некоторых общих молекулярных структур. Однако не нужно интерпретировать его буквально:
  • Определение точечной группы симметрии является полезным способом предсказать полярность молекулы. В целом молекула не будет обладать дипольным моментом, если отдельные дипольные моменты связи молекулы уравновесят друг друга. Это вызвано тем, что дипольные моменты – евклидовы векторные количества с величиной и направлением и двумя, равные векторы, кто выступает друг против друга, уравновесятся.

Любая молекула с центром инверсии («i») или горизонтальный самолет зеркала («σ») не будет обладать дипольными моментами.

Аналогично, молекула больше чем с одной осью C не будет обладать дипольным моментом, потому что дипольные моменты не могут лечь больше чем в одном измерении. В результате того ограничения у всех молекул с симметрией D (примечание Schönflies), поэтому, не будет дипольного момента, потому что, по определению, D точечные группы симметрии имеют два или многократная ось C.

Так как у C, C, C C и точечные группы симметрии C нет центра инверсии, горизонтальных самолетов зеркала или многократной оси C, у молекул в одной из тех точечных групп симметрии будет дипольный момент.

См. также

  • Полярная точечная группа симметрии

У

  • ториевой одноокиси есть самое высокое известное внутреннее электрическое поле любой молекулы.

Внешние ссылки

  • Полярность связей и молекул

Источник: http://ru.knowledgr.com/00233476/%D0%A5%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

Строение атома

Для того чтобы понять, как определить полярность связи, сначала надо вспомнить, как устроен атом. В конце девятнадцатого века было известно, что любой атом нейтрален в целом, но содержит в разных обстоятельствах разные заряды.

Резерфод установил, что в центре любого атома располагается тяжелое и положительно заряженное ядро. Заряд атомного ядра всегда целочисленный, то есть он составляет +1, +2 и так далее.

[attention type=green]
Вокруг ядра располагается соответствующее количество легких отрицательно заряженных электронов, число которых строго соответствует заряду ядра. То есть если заряд ядра +32, то вокруг него должны располагаться тридцать два электрона. Они занимают определенные позиции вокруг ядра.
[/attention]

Каждый электрон как бы «размазан» вокруг ядра на своей орбитали. Ее форма, позиция и расстояние до ядра определяются четырьмя квантовыми числами.

В нейтральном атоме, расположенном вдалеке от других частиц (например, в глубоком космосе, вне галактики), все орбитали симметричны относительно центра. Несмотря на довольно сложную форму некоторых из них, орбитали любых двух электронов не пересекаются в одном атоме.

Но если наш отдельно взятый атом в вакууме встретит на своем пути другой (например, войдет в облако газа), то он захочет взаимодействовать с ним: орбитали валентных внешних электронов вытянутся в сторону соседнего атома, сольются с ним. Возникнет общее электронное облако, новое химическое соединение и, следовательно, полярность связи.

Как определить, какой атом возьмет себе большую часть общего электронного облака, расскажем далее.

Какими бывают химические связи

В зависимости от типа взаимодействующих молекул, разности в зарядах их ядер и силы возникающего притяжения, существуют следующие типы химических связей:

  • одноэлектронная;
  • металлическая;
  • ковалентная;
  • ионная;
  • ван-дер-ваальсова;
  • водородная;
  • двухэлектронная трёхцентровая.

Для того чтобы задаваться вопросом о том, как определить полярность связи в соединении, она должна быть ковалентной или ионной (как, например, у соли NaCl).

В целом эти два типа связи различаются только тем, насколько сильно смещается электронное облако в сторону одного из атомов. Если ковалентная связь не образована двумя одинаковыми атомами (например, О2), то она всегда слегка поляризована. В ионной связи смещение сильнее.

Считается, что ионная связь приводит к образованию ионов, так как один из атомов «забирает» электроны другого.

Но на самом деле полностью полярных соединений не существует: просто один ион очень сильно притягивает к себе общее электронное облако. Настолько сильно, что оставшимся кусочком равновесия можно пренебречь.

Итак, надеемся, стало понятно, что определить полярность ковалентной связи можно, а полярность ионной связи не имеет смысла определять.

Хотя в данном случае различие между этими двумя типами связи – это приближение, модель, а не истинное физическое явление.

Способы измерения полярности

Как определить полярность связи? Вопрос этот далеко не однозначный. Для начала надо сказать, что раз симметрия электронного облака поляризованного атома отличается от аналогичной нейтрального, то и рентгеновский спектр изменится.

Таким образом, смещение линий в спектре даст представление о том, какова полярность связи. А если требуется понять, как определить полярность связи в молекуле более точно, то надо знать не только спектр испускания или поглощения.

Требуется выяснить:

  • размеры участвующих в связи атомов;
  • заряды их ядер;
  • какие связи были созданы у атома до возникновения этой;
  • какова структура всего вещества;
  • если структура кристаллическая, какие в ней существуют дефекты и как они влияют на все вещество.

Полярность связи обозначается как верхний знак следующего вида: 0,17+ или 0,3-. Стоит также помнить, что один и тот же вид атомов будет иметь непохожую полярность связи в соединении с различными веществами. Например, в оксиде BeO у кислорода полярность 0,35-, а в MgO – 0,42-.

Физический смысл полярности соединения

Каков же физический смысл значения полярности связи? Рассмотрим один пример. Атом водорода H входит как во фтороводородную кислоту (HF), так и в соляную (HCl).

Его полярность в HF равна 0,40+, в HCl – 0,18+. Это значит, что общее электронное облако гораздо сильнее отклоняется в сторону фтора, чем в сторону хлора.

И значит, что электроотрицательность атома фтора намного сильнее электроотрицательности атома хлора.

Чем полярность молекулы отличается от полярности связи?

Как определить полярность связи, мы рассказали. В чем состоит физический смысл понятия, мы раскрыли. Но эти слова встречаются и в других словосочетаниях, которые относятся к данному разделу химии.

Наверняка читателей интересует, каким образом взаимодействуют химические связи и полярность молекул. Отвечаем: эти понятия взаимно дополняют друг друга и невозможны по отдельности.

Это мы продемонстрируем на классическом примере воды.

В молекуле H2O две одинаковые связи H-O. Между ними угол в 104,45 градуса. Так что структура молекулы воды представляет собой нечто вроде двузубой вилки с водородами на концах. Кислород – это более электроотрицательный атом, он оттягивает на себя электронные облака двух водородов.

Таким образом, при общей электронейтральности, зубчики вилки получаются немного более положительными, а основание – немного более отрицательным. Упрощение приводит к тому, что молекула воды имеет полюса. Это и называется полярностью молекулы.

Поэтому вода – такой хороший растворитель, эта разница в зарядах позволяет молекулам чуть-чуть оттягивать на себя электронные облака других веществ, разъединяя кристаллы на молекулы, а молекулы – на атомы.

Чтобы понять, почему у молекул при отсутствии заряда существует полярность, надо помнить: важна не только химическая формула вещества, но и строение молекулы, виды и типы связей, которые в ней возникают, разница в электроотрицательности входящих в нее атомов.

В каком случае имеет смысл направление полярности

В связи с термином, который рассматривается нами, нельзя не упомянуть, что такое прямая и обратная полярность. Если речь идет о молекулах, то полярность имеет знак «плюс» или «минус».

Это значит, что атом либо отдает свое электронное облако и таким образом становится чуть более положительным, либо, наоборот, тянет облако на себя и приобретает отрицательный заряд. А направление полярности имеет смысл только тогда, когда заряд движется, то есть когда по проводнику идет ток.

Как известно, электроны движутся от их источника (отрицательно заряженного) к месту притяжения (положительно заряженного). Стоит напомнить, что существует теория, согласно которой электроны на самом деле движутся в обратную сторону: от положительного источника к отрицательному. Но в целом это не имеет значения, важен лишь факт их движения.

Так вот, в некоторых процессах, например при сварке металлических частей, важно, куда именно присоединены какие полюса. Следовательно, важно знать, как подключена полярность: напрямую или в обратную сторону. В некоторых приборах, даже бытовых, это тоже имеет значение.

Источник: https://FB.ru/article/326582/kak-opredelit-polyarnost-svyazi-pryamaya-i-obratnaya-polyarnost

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.