Дипольный момент молекулы и связи

Министерство общего и профессионального образования РФМосковский Государственный Технический Университетим. Н.Э.БауманаДокладДипольныймомент молекулы и связи Выполнен студенткой гр. МТ10-42Галямовой ИринойПроверил Волков А.А. г.Москва, 2001г. Представим себе, чтоможно найти центры тяжести отрицательных и положительных частей молекулы.Тогда условно все вещества можно разбить на две группы. Одну группу составляютте, в молекулах которых оба центратяжести совпадают.Такие молекулы называются неполярными.

К ним относятся всековалентные двухатомные молекулы вида А2, а также молекулы,состоящие из трех и более атомов, имеющие высокосимметричное строение, напримерСО2, СS2 , СCl4 , С6H6. Во вторую группу входят все вещества, у которых центры тяжести зарядов в молекуле не совпадают, молекулы которых характеризуются электрическойасимметрией. Эти молекулы называют полярными.К ним относятся молекулы вида АВ,в которых элементы А и В имеют различную электроотрицательность, и многие болеесложные молекулы.

Систему из двух разноименных электрических зарядов,равных по абсолютной величине, называют диполем.Полярность молекулы и полярность связи характеризуется дипольным моментом молекулы или связи . Величина дипольногомомента сильно влияет на свойства полярных молекул и веществ, построенных изтаких молекул.Полярные молекулы поляризуются в электрическом поле,устанавливаясь по силовым линиям поля, ориентируются в электических полях,создаваемых ионами в растворах, взаимодействуют между собой, замыкая своиэлектрические поля. Дипольный момент образуется за счет смещения центровположительного и отрицательного зарядов на некоторую величину l, называемую длиной диполя. Чем более полярнымолекулы, чем значительнее смещены валентные электронные пары к одному изатомов, тем больше 61549 . И наоборот, если электрическаяассиметрия молекул незначительна, то величина 61549 невлика 61486 .Для системы из двухчастиц дипольный момент 61549 61472 равен 61549 el.Где e- величина заряда l- расстояние между центрами.Однако, определяя сразу величину дипольного момента, мы не знаем ни величинызаряда e, локализованного в полярноймолекуле, ни расстояния между центрами l. Принимаем e равным заряду электрона 1,6021 10-19Кл итогда получаем приведенную длину диполя l, которая является условнойвеличиной.

В качестве единицы измерения дипольных моментов принят дебай названныйв честь голландского физика П.Дебая, разработавшего теорию полярных молекул .всистеме СИ 1D 0,33 10-29Кл м.Дипольные моментыобычно определяют экспериментально, измеряя относительную диэлектрическую проницаемость 61541 61472 веществ при различныхтемпературах.

Если вещество поместить в электрическое поле, создаваемоеконденсатором, то емкость последнего возрастет в 61541 61472 раз, т.е. 61541 c c0 где c0 и с- емкость конденсатора в вакууме и в среде вещества .Энергия электрическогополя в конденсаторе U выражается соотношением U 1 2cV2,где V- напряжение на обкладках конденсатора.

Из приведенногоуравнения видно, что конденсатор в среде вещества имеет больший запас энергии,чем в вакууме с gt 1 . Это обусловлено тем, что под действием электрическогополя происходит поляризация среды - ориентация диполей и деформация молекул.Первый эффект зависит от температуры, второй - не зависит.

Температурнуюзависимость относительно диэлектической проницаемости вещества 61541 61472 61472 выражает уравнениеЛанжевена-Дебая где М- относительнаямолекулярная масса вещества 61554 61485 61472 плотность вещества, NA- постоянная Авогадро k- постоянная Больцмана, равная R NA R- универсальная газовая постоянная 61537 61485 деформационнаяполяризуемость молекул.Измерив 61541 61472 61472 при двух температурах, с помощьюуравнения Ланжевена-Дебая можно определить 61537 61472 и 61472 Естьи другие методы экспериментального определения 61549 61486 61472 Значения дипольныхмоментов для некоторых связей между разнородными атомами приведены в таблице Не следуетпутать дипольный момент связи и дипольный момент молекулы, так как в молекулемогут существовать несколько связей, дипольные моменты которых суммируются каквекторы.Кроме того, на величину дипольного момента молекулы могут влиять магнитные поля орбиталей, содержащих электронную пару неподеленные электроны.

Большое влияние на полярность молекулыоказывает ее симметрия. Например, молекуламетана CH4 обладает высокой степенью симметрии центрированный тетраэдр , и поэтомувекторная сумма дипольных моментов связей 61549 0,4D равна нулю S 61549 св 0Если заменитьводородные атомы на атомы хлора и получить молекулу CCl4, у которой дипольный момент связи 61549 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 строениямолекулы СО2 Связь С О обладаетдипольным моментом 2,7D, однако линейная молекула СО2Является неполярной до тех пор, пока ее структура неисказится под действием других молекул напр, Н2О .Структура линейноймолекулы СО2, в которой атом углерода гибридизирован частично 2s22p2 2s12p3 2q22p2 ,представлена на рис.2. Дипольные моменты связей, обладаяразличными знаками, дают общий депольный момент, равный нулю S 61549 св 0.Таким образом,полярность молекул определяется довольно сложно, так как она учитывает всевзаимодействия, которые могут возникнуть в такой сложной структуре, какмолекула.

Кроме того, полярность молекулы не определяется лишь величинойдипольного 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 61549 н2о 1,84D 61549 с2н5он 1,70D . Значения дипольныхмоментов для некоторых полярных молекул молекула 61549 молекула 61549 молекула 61549 молекула 61549 молекула 61549 Н2 0 HF 1,82 Н2О 1,84 CO2 0 CH4 CCl4 0 О2 0 HCl 1,07 Н2S 0,93 SO2 1,61 CH3Cl 1,86 N2 0 HBr 0,79 NН3 1,46 SO3 0 CH2Cl2 1,57 Cl2 0 HI 0,38 PН3 0,55 SF6 0 CHCl3 1,15 Дипольный моментполярной молекулы может изменять свою величину под действием внешнихэлектрических полей, а также под действием электрических полей других полярныхмолекул, однако при удалении внешних воздействий дипольный момент принимаетпрежнюю величину.

Некоторые молекулы, неполярные в обычных условиях, могутполучать так называемый индуцированныйили наведенный дипольный момент, тоже исчезающий при снятии поля. Величина индуцированногомомента в первом приближении пропорциональна напряженности электрического поля E 61549 инд 61537 61541 0E, где 61537 61472 - коэффициентполяризуемости, 61537 м3, 61472 61541 0 61485 электрическая постоянная.Физико-химическиеособенности 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 электролитическойдиссоциации.

Дополнительноиспользуемая литература 1.Общая инеорганическая химия.

Карапетьян, Дракин2. Теоретическиеосновы общей химии.

Горбунов, Гуров, Филиппов.