ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

Розділ 3. ХІМІЧНИЙ ЗВ’ЯЗОК

§ 3.4. Полярні й неполярні молекули

Однобічна поляризація зумовлює нерівномірний розподіл електронної густини в молекулі. Наприклад, у молекулі НСl електронна густина біля ядра хлору вища, ніж біля ядра гідрогену. Електричні центри позитивних і негативних зарядів у молекулі не збігаються в одній точці, а перебувають на деякій відстані l (рис. 3.12). Молекула при загальній нейтральності являє собою електричний диполь із зарядом —q в атома хлору і +q в атома гідрогену. Такі зв’язки і молекули називаються полярними. Заряди атомів у молекулі q називаються ефективними зарядами (у молекулі НСl qСl =—0,18, qн =0,18 абсолютного заряду

електрона, ступінь іонності зв’язку 18 %).

Міра полярності зв’язку і молекули — електричний момент диполя μ(“мю”) визначається добутком

μ= ql,

де q — ефективний заряд; l — довжина диполя.

За міжнародною системою, одиниця електричного моменту диполя виражається значенням 3,33 • 10^-30 Кл • м (кулон-метр).

Електричний момент диполя — векторна величина. Напрямок його умовно приймають від позитивного заряду до негативного — в бік зміщення зв’язувальної електронної хмари.

Електричні моменти диполів експериментально визначені для різних зв’язків і великої кількості речовини (вони мають значення від 0 до 36,6 ∙10^{- 30} Кл • м).

Слід відрізняти полярність молекули від полярності зв’язку. Для двохатомних молекул типу АВ ці поняття збігаються, як це було показано на прикладі молекули НСl.

У таких молекулах чим більша різниця електронегативностей елементів, тим більший електричний момент диполя.

Рис. 3.12. Полярна молекула зі сталим електричним моментом диполя

Рис. 3.13. Геометричне додавання електричних моментів диполів зв’язків у молекулах СО₂ (а) і води (б)

У багатоатомних молекулах зв’язок між атомами може бути полярним, а самі молекули залежно від просторової будови можуть бути як полярними, так і неполярними. Електричний момент диполя в таких молекулах визначається числом полярних зв'язків і їх напрямленістю. Він дорівнює векторній сумі моментів диполя окремих зв’язків. Наприклад, електричний момент диполя зв’язку 10^-30С=O дорівнює 9 ∙ 10^-30 Кл ∙ м, а молекули СО₂ — нулю. Це пояснюється тим, що в лінійній молекулі СО₂вектори зв’язків радіально напрямлені від центра, а тому результуючий момент μ дорівнює нулю (рис. 3.13, а). У кутовій молекулі Н₂О зв’язки розміщені під кутом 104,5° і векторна сума двох зв’язків виражається діагоналлю паралелограма (додавання векторів виконують за правилом паралелограма сил, рис. 3.13, б). Для води μ = 6,1 • 10^-30Кл ∙ м. Якщо геометрична результуюча векторів різних електричних моментів диполів не дорівнює нулю, то молекула полярна.

У свою чергу, за значенням і напрямком μ деякою мірою можна судити про геометричну будову молекули. Наприклад, для молекули SO₂ μ= 5,4 ∙ 10^-30 Кл • м. Очевидно, вона, як і молекула води, повинна мати кутову будову.

Молекули, що містять неполярний ковалентний зв'язок, називаються неполярними, або гомеополярними. У таких молекул зв’язуюча електронна хмара розподіляється симетрично між ядрами обох атомів і ядра однаковою мірою діють на неї. Прикладом можуть бути молекули простих речовин, що складаються з атомів одного елемента: Н₂, F₂, Сl₂, О₂ тощо. Електричний момент диполя таких молекул дорівнює нулю. Як уже зазначалося, неполярними є багато симетрично побудованих молекул складних речовин, хоча зв’язки між атомами у них полярні. Речовин з неполярним ковалентним зв’язком небагато.

Здатність молекул (і окремих зв’язків) поляризуватися під дією зовнішнього електричного поля називається поляризованістю. Це може відбуватися і під дією поля, створюваного полярною молекулою, що наблизилася. Тому поляризованість має важливе значення в хімічних реакціях.

Завжди важливо враховувати полярність молекули та її електричний момент диполя. Останнімзумовлена реакційна здатність речовин. Як правило, чим більший електричний момент диполя молекули, тим вища реакційна здатність речовини. З електричним моментом диполя пов’язана також і розчинність речовин.

Полярні молекули сприяють електролітичній дисоціації розчинених у них електролітів.