Полярність зв’язку, Безкоштовні курсові, реферати та дипломні роботи
Якщо ж зв'язок утворена атомами різних елементів, електронегативність яких відрізняється (але не дуже різко), то область перекривання електронних хмар взаємодіючих атомів зазвичай зміщена у бік одного з атомів (що володіє більшою електронегативністю).У такому випадку>связьназиваютьполярной.Електронну хмару тим більше зміщується до електронегативного атома, чим сильніше відрізняються електронегативності елементів. При цьому атом електронегативного елемента несе надлишковий негативний заряд, а його партнер - надлишковий позитивний заряд:
Отже, у молекулі з полярним зв'язком центри позитивних та негативних зарядів не збігаються. Такі системи називаються електричними диполями. Відстань між центрами позитивного та негативного … зарядів ℓ називаєтьсядовжиною диполя(рисунок 6).
Мал. 6. Диполь молекули HF
Хоча сумарний заряд диполя дорівнює нулю, через поділ зарядів у просторі утворюється електричне поле, напруженість якого пропорційна дипольному моменту молекули.
Під дипольним моментом m розуміють добуток абсолютного значення заряду електрона q на довжину диполяℓ:
Одиниця виміру дипольного моменту – Дебай:
1Д = 3,33×10 -30 КЛ×м.
Саме величиною дипольного моменту характеризується ступінь полярності зв'язку. Звичайно, для неполярних молекул дипольний момент дорівнює нулю (оскільки = 0). Для найбільш полярних молекул m ® 4.
Слід розрізняти полярність зв'язку та полярність молекули. У разі двоатомних молекулЗрозуміло, що наявність полярного зв'язку означає наявність диполя. У разі багатоатомних молекул у виникненні диполя відіграє роль і просторова будова молекул.
Так, молекула оксиду вуглецю (II) лінійна:
Обидва зв'язку З = Про полярні, причому дипольний момент кожного окремого зв'язку дуже значний (mС=0 = 2,7 Д. Однак, внаслідок симетричності молекули, взаємна компенсація зарядів призводить до того, що вся молекула виявляється неполярною: mС=0 = 0). Якщо молекула нелінійна (наприклад, Н2О, кут Н – Про – Н близько 105 0 ), то дипольні моменти зв'язків не компенсуються, і вся молекула представляє диполь (mС=0 = 1,84 Д).
Полярність молекул накладає відбиток на властивості речовин. Диполі орієнтуються друг до друга різноіменно зарядженими полюсами, унаслідок чого спостерігається взаємне тяжіння між молекулами. Тому речовини, утвореними полярними молекулами, зазвичай плавляться і киплять за більш високих температур, ніж неполярні речовини. Крім того, полярність молекул позначається і при розчиненні речовин у різних розчинниках: речовина, що складається з полярних молекул, краще розчиняється в полярному розчиннику, і навпаки
Явище поляризації слід як причину виникнення полярної зв'язку. Розглянемо суть цього явища.
У звичайних умовах неполярної молекулі центри позитивних зарядів ядер і негативних зарядів електронів збігаються лише у точці. При поміщенні такої молекули у простір між пластинами конденсатора заряди "розходяться" - позитивний зміщується до негативно зарядженої пластини і навпаки. Таким чином виникає індукований диполь, що характеризується величиною індукованого дипольного моменту mi.
Полярна молекула як така представляє постійний диполь. Підвпливом електричного поля, крім орієнтації за напрямом поля, молекула додатково створює індукований дипольний момент, оскільки молекула "розтягується" (деформується). Результуючий дипольний момент mR складається з постійного та індукованого:
Явлення виникнення диполя в неполярній молекулі (і збільшення диполя в полярній) одночасно з орієнтацією диполівназиваєтьсяполяризацією.
p-зв'язки поляризуються сильніше за s-зв'язки.
Очевидно, зовнішнє електричне поле може бути обумовлене не обов'язково додатком ззовні, а й впливом інших диполів, що оточують молекулу, що розглядається.
Слід враховувати взаємну поляризацію атомів, складових полярну молекулу, тобто. впливає їх один на одного, що призводить до деформації електронних оболонок.
Величина поляризації залежить від поляризуемості атомів:
де mi – індукований дипольний момент;
Е – напруженість електричного поля;
a - поляризуемість атомів (або іонів).
Таким чином,поляризуемість - це міра здатності частинки (і, природно, хімічного зв'язку) до поляризації під дією електричного поля.
Здатність до поляризації визначається радіусами атомів (іонів) та величиною відносної електронегативності.
Помітної деформації піддається лише зовнішня електронна оболонка. Причому чим слабше пов'язані зовнішні електрони з ядром, тим легше поляризується атом (іон).
Поляризація іонів (а, отже, і зв'язків) – процес двосторонній, в якому поєднується поляризуюча дія іонів з їхньою поляризацією, причому на практиці можна зважати тільки на поляризуючу дію катіонів і поляризується аніонів.
Поляризація іонів істотно впливає навластивості утворених ним сполук. Так, іон водню, внаслідок вкрай малих розмірів, має особливо високу поляризуючу дію. Відсутність у нього електронів дозволяє зблизитись з аніоном до дуже малої відстані. Це призводить зокрема до того. що багато кислот по ряду властивостей (стійкість, дисоціація, окислювально-відновні властивості) сильно відрізняються від властивостей утворених ними солей.
При вивченні попереднього питання було показано, що ковалентний хімічний зв'язок, за рахунок якого утворюється більшість простих і складних речовин, має велику міцність, геометричну спрямованість, насичуваність.
Ці характеристики відрізняють ковалентний зв'язок від іонного хімічного зв'язку, механізм утворення якого дещо інший.
Під час розгляду ковалентного полярного зв'язку вказувалося. що вона утворюється між атомами елементів, що володіють різною, але не дуже різко відрізняється від'ємністю. У разі різкої різниці в електронегативності елементів говорять вже проіонний зв'язок.
Таким чином, уявлення Льюїса є більш загальними і іонний зв'язок (за Косселем) можна розглядати якковалентний, сильно полярний (див. іонний зв'язок в LiF).
| - |
Електронегативності літію і фтору істотно різняться (1,0 і 4,0 відповідно), і хімічна зв'язок, що утворюється, стає настільки полярною, що електронна щільність в молекулі практично націло зміщується до атома фтору. Утворюються два іони, пов'язані між собою силами електростатичного тяжіння
На відміну від ковалентної, іонний зв'язок не має спрямованості. Іони можна уявити як точкові заряди, що створюють електричні поля,які рівномірно розподіляються у всіх напрямах. Це означає, що два різноіменні заряди, що утворили іонний зв'язок, зберігають здатність електростатично взаємодіяти з іншими іонами. У цьому полягає ще одна різниця між ковалентним та іонним типами зв'язку: іонний зв'язок характеризується ненасичуваністю. Тому до іона може притягуватися різна кількість іонів протилежного знака. Це обмежується відносними розмірами іонів. Крім того, іонний зв'язок дещо менш міцний, ніж ковалентний, що дозволяє їй легко руйнуватися в полярних розчинниках.
Відсутність у іонного зв'язку спрямованості та насичуваності обумовлює схильність іонно побудованих молекул до асоціації. Лише у газоподібному стані (при високих температурах) іонні молекули існують у вигляді мономерів. При звичайних температурах в рідкому, а тим більше, у твердому стані відбувається поєднання цих молекул та їх взаємна орієнтація з утворенням іонної кристалічної решітки, в якій кожен іон оточений кількома іонами протилежного знака. У цьому зв'язку можна як єдину гігантську молекулу. Сам же термін "молекула" у застосуванні до іонних сполук слід розуміти як умовний, що відображає лише елементарний склад речовини.
Виникає закономірне питання: яка має бути різниця в електронегативності елементів, коли слід говорити вже не про ковалентний полярний, а про іонний хімічний зв'язок? Виявляється, що повністю іонних з'єднань немає, отже, немає і істинного іонного зв'язку. Насамперед, про це свідчать експериментально виміряні (або "ефективні") заряди атомів, з яких побудовано іонні сполуки. Виявляється, що навіть у сполуках, утворених найбільш електронегативними та самимиелектропозитивними елементами зв'язок не на 100% іонний. Так, ефективні заряди іонів CsF не дорівнюють заряду електрона, а становлять 0,93 від його величини. Ефективний заряд на атомі магнію в MgCl2 не +2, а лише +1,50 а алюмінію в його оксиді замість +3 тільки +1,77.
Неповне поділ зарядів в іонних сполуках пояснюють взаємною поляризацією, що призводить до деформації електронних оболонок іонів. Різні іони поляризуються різною мірою, отже, можна говорити про більшу або меншу частку іонного зв'язку. Ідеальний іонний зв'язок (передача електронів) – абстрактне поняття.
Проте заведено говорити про рівень іонності зв'язків. Чим далі відстоять два елементи один від одного за значенням електронегативності, тим сильніше виражена ступінь іонності зв'язку між ними. За різниці в 1,7 іонність зв'язку досягає 50%.
Таблиця 1 – Співвідношення між різницею електронегативностей
та ступенем іонності зв'язку
| ХА - ХБ | Ступінь іонності зв'язку, % | ХА - ХБ | Ступінь іонності зв'язків, % |
| 0,2 0,4 | 1,8 2,0 | ||
| 0,6 0,8 | 2,2 2,4 | ||
| 1,0 1,2 | 2,6 2,8 | ||
| 1,4 1,6 | 3,0 3,2 |
Таким чином, істотної різниці між ковалентним та іонним зв'язком немає: ці види зв'язку відрізняються лише ступенем поляризації електронної хмари.
| наступна сторінка ==> | ||
| Основні характеристики ковалентного зв'язку | Металевий та водневий зв'язок |