Электрический момент диполя связи. Полярные и неполярные молекулы.

При образовании КС между атомами одинаковой химической природы (например, в молекулах Н₂, Cl₂, О₂) общее электронное облако располагается в пространстве между ядрами симметрично. Такую КС называют неполярной. Если же связь образуют атомы разных элементов, то общие электроны смещаются в сторону атома с большим значением ЭО и такую КС называют полярной. Смещение электронной плотности в область более электроотрицательного элемента приводит к возникновению в его околоядерном пространстве эффективного отрицательного заряда q_–, и, наоборот, недостаток электронной плотности у взаимодействующего с ним атома ведет к появлению эффективного положительного заряда q₊. Такая система представляет собой электрический диполь, поэтому мерой полярности КС является величина электрического момента диполя (ЭМД) связи m_А–В, Кл×м, которую можно оценить по формуле

(16)

где l – длина диполя. При оценочных расчетах длину диполя можно принимать равной длине связи.

ЭМД можно также выражать в дебаях, D: 1 D = 3,33×10^-30 Кл × м.

Полярную КС характеризуют при помощи степени ионности (СИ) и степени ковалентности (СК) связи, которые в сумме составляют 100 % (СИ + СК = 100 %). СИ показывает долю (%) смещенности общей электронной пары в область атома с большим значением ЭО. Ее можно оценить по формуле

% (17)

где е – заряд электрона (е = 1,602×10^-19 Кл).

Из уравнения (17) следует, что с увеличением DЭО взаимодействующих атомов СИ связи увеличивается, а СК связи уменьшается. Количественная связь между СИ и DЭО приведена на рис.1.

Рис. 1. Зависимость СИ от ΔЭО.

m_А–В – величина векторная, направленная от положительного полюса диполя к отрицательному. Например, в молекуле HF m_Н®F будет направлен от атома водорода к атому фтора, так как ЭО(F) > ЭО(Н).

Молекулы с полярными КС в зависимости от распределения суммарной электронной плотности всех связей в молекуле могут быть полярными и неполярными. Молекула считается неполярной, если ЭМД молекулы m, который определяется путем геометрического сложения ЭМД всех ее связей, равен нулю.

Например, в молекуле СО₂ (см. рис.2а), которая имеет симметричное линейное строение, ЭМД отдельных связей направлены в противоположные стороны и при их геометрическом сложении полностью компенсируют друг друга. Поэтому m= 0 и молекула СО₂ является неполярной.

В полярной молекуле m>0, то есть геометрическое сложение векторов ЭМД связей дает конечный вектор m. Например, в угловой молекуле Н₂О (см. рис.2б) полярные связи располагаются под углом 104,5°. При геометрическом сложении ЭМД связей не происходит их взаимной компенсации (m>0, молекула полярная).

а) б)

Рис.2. Векторное сложение ЭМД на примере молекул Н₂О и СО₂.

В табл. 6 приведены предполагаемые полярности молекул различной геометрической формы.

Таблица 6