Полярность химических связей
Полярность химических связей — характеристика химической связи (как правило, ковалентной), показывающая изменение распределения электронной плотности в пространстве вокруг ядер в сравнении с распределением электронной плотности в образующих данную связь нейтральных атомах.
Можно количественно оценить полярность связи в молекуле. Трудность точной количественной оценки состоит в том, что полярность связи зависит от нескольких факторов: от размеров атомов и ионов соединяющихся молекул; от числа и характера связи уже имевшихся у соединяющихся атомов до их данного взаимодействия; от типа структуры и даже особенностей дефектов их кристаллических решёток. Такого рода расчёты производятся различными методами, которые в общем-то дают примерно одинаковые результаты (величины). Например, для HCl установлено, что на каждом из атомов в этой молекуле имеется заряд, равный 0,17 заряда целого электрона. На водородном атоме +0,17, а на атоме хлора −0,17.
В качестве количественной меры полярности связи чаще всего используются так называемые эффективные заряды на атомах.
Эффективный заряд определяется как разность между зарядом электронов, находящимся в некоторой области пространства вблизи ядра, и зарядом ядра. Однако эта мера имеет лишь условный и приблизительный [относительный] смысл, поскольку невозможно однозначно выделить в молекуле область, относящуюся исключительно к отдельному атому, а при нескольких связях — к конкретной связи.
Наличие эффективного заряда может быть указано символами зарядов у атомов (например, Нδ+ — Clδ−, где δ — некоторая доля элементарного заряда) <math> \stackrel{-}{\mbox{O}} = \stackrel{2+}{\mbox{C}} = \stackrel{-}{\mbox{O}} </math> (Oδ−=C2δ+=Oδ−), Hδ+—O2δ−—Hδ+.
Практически все химические связи, за исключениям связей в двухатомных гомоядерных молекулах — в той или иной степени полярны. Ковалентные связи обычно слабо полярны. Ионные связи — сильно полярны.
Содержание
Эффективный заряд
Анализ рентгеновского спектра позволяет определять эффективные заряды атомов, а следовательно, и тип химической связи в соединениях. Для этого сравнивают расположение линий рентгеновского спектра свободных атомов и их соединений. Если атом в соединении имеет соответствующий эффективный заряд δ, то линии спектра оказываются смещенными по сравнению со спектрами свободного атома. По величине смещения спектральных линий соответствующими методами расчёта определяют δ.
Значения δ, определяемые разными методами, существенно различаются. Приводимые здесь значения δ интересуют нас с точки зрения иллюстрации общей тенденции их изменения в ряду однотипных соединений.
| Эффективные заряды O оксидов элементов 2-го, 3-го периода и I-й группы ПСХЭ | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Оксид | Заряд | Оксид | Заряд | Оксид | Заряд |
| Li2O | 0.80− | Na2O | 0.81− | Li2O | 0.80− |
| BeO | 0.35− | MgO | 0.42− | Na2O | 0.81− |
| B2O3 | 0.24− | Al2O3 | 0.31− | K2O | 0.89− |
| CO2 | 0.11− | SiO2 | 0.23− | Rb2O | 0.92− |
| N2O5 | 0.05− | P2O5 | 0.13− | Cs2O | 0.96− |
| OO2 | SO3 | 0.06− | |||
| OF2 | Cl2O7 | 0.02− (0,01−) | |||
| Эффективные заряды δ атомов некоторых соединений | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Вещество | Атом и его степень окисления | Заряд δ | Химическое соединение | Атом и его степень окисления | δ |
| HF | H (I) | 0.40+ | Cr[(CO)6] | Cr (0) | 0.4+ |
| HCl | H (I) | 0.18+ | CrCl2 | Cr (II) | 1.9+ |
| NaF | Na (I) | 0.98+ | CrCl3 | Cr (III) | 1.2+ |
| NaCl | Na (I) | 0.92+ | [Cr(NH3)6]Cl3 | Cr (III) | 1.2+ |
| NaBr | Na (I) | 0.83+ | K2CrO4 | Cr (VI) | 0.2+ |
| NaI | Na (I) | 0.75+ | K2Cr2O7 | Cr (VI) | 0.1+ |
| MgCl2 | Mg (II) | 1.50+ | KMnO4 | Mn (VII) | 0.3+ |
| MgBr2 | Mg (II) | 1.38+ | CaSO4 | S (VI) | 0.4+ |
| MgO | Mg (II) | 1.01+ | KClO3 | Cl (V) | 0.7+ |
| MgS | Mg (II) | 1.05+ | K3[Fe(CN)6] | Fe (III) | 1.0+ |
| SiO2 | Si (IV) | 1.97+ | OsO2 | Os (IV) | 0.8+ |
| SiS2 | Si (IV) | 1.69+ | K2[OsO4] | Os (VI) | 0.8+ |
| Co(NO3)2 | Co (II) | 1.20+ | K[OsO3N] | Os (VIII) | 1.0+ |
| <math> \stackrel{ }{\mbox{K}} [\stackrel{+1}{\mbox{I}} \stackrel{-1}{\mbox{I}}_{2}] </math> | I (−1), периферийный | 0,5− | B2H6 | B (III) | 0.22+ |
| <math> \stackrel{ }{\mbox{K}} [\stackrel{+1}{\mbox{I}} \stackrel{-1}{\mbox{Cl}}_{2}] </math> | Cl (−1) | 0,55− | B2H6 | H (I), мостиковый | 0,22− |
| <math> \stackrel{ }{\mbox{K}} [\stackrel{+1}{\mbox{I}} \stackrel{-1}{\mbox{Cl}}_{2}] </math> | I (+1), центральный | 0,11+ | XeF2 | F (I) | 0.5− |
| [•C≡N:]− | <math> \stackrel{0.04+}{\mbox{H}} - \stackrel{0.17+}{\mbox{C}} = \stackrel{0.21-}{\mbox{N}} </math> | [•N≡C:]− / <math> :\stackrel{-}{\mbox{C}} = \stackrel{+}{\mbox{N}} </math> •[1] | <math> \stackrel{0.04+}{\mbox{H}} - \stackrel{0.75+}{\mbox{N}} = \stackrel{0.79-}{\mbox{C}} </math> | ||
Как видно из таблицы, степень окисления элемента в соединении по значению не совпадает с результирующим [эффективным] зарядом на атоме. Об этом же говорит исследование энергии связи 1s-электрона азота в зависимости от эффективного заряда на атоме. Так, при степени окисления азота +5 в NaNO3 атом азота имеет эффективный заряд всего 0,4+
(<math> \stackrel{ }{\mbox{K}} \stackrel{+4}{\mbox{C}} \stackrel{-3}{\mbox{N}} \stackrel{ }{\mbox{O}} </math> = 0.6−;
<math> \stackrel{ }{\mbox{Na}} \stackrel{-1/3}{\mbox{N}}_{3} </math> <math> (\stackrel{ }{\mbox{Na}} [\stackrel{-3}{\mbox{N}} = \stackrel{+5}{\mbox{N}} = \stackrel{-3}{\mbox{N}}]) </math> = 0.55−;
<math> \stackrel{ }{\mbox{K}} \stackrel{+2}{\mbox{C}} \stackrel{-3}{\mbox{N}} </math> = 0.5−;
<math> [\stackrel{-1}{\mbox{N}} \stackrel{ }{\mbox{H}}_{3} \stackrel{ }{\mbox{O}} \stackrel{ }{\mbox{H}}] \stackrel{ }{\mbox{Cl}} </math> = 0.3−;
<math> \stackrel{-1}{\mbox{N}} \stackrel{ }{\mbox{H}}_{4} \stackrel{ }{\mbox{N}} \stackrel{ }{\mbox{O}}_{3} </math> = 0.05+;
<math> [\stackrel{-2}{\mbox{N}}_{2} \stackrel{ }{\mbox{H}}_{6}] \stackrel{ }{\mbox{S}} \stackrel{ }{\mbox{O}}_{4} </math> = 0.1+;
<math> \stackrel{ }{\mbox{Na}} \stackrel{+3 }{\mbox{N}} \stackrel{ }{\mbox{O}}_{2} </math> = 0.15+;). При степени окисления железа 0 и +2 в соединениях Fe(CO)5 и Fe(C6H5)2 эффективный заряд на атоме железа в этих соединениях близок к 1+
((δ) <math> \stackrel{+2}{\mbox{Fe}} \stackrel{-1}{\mbox{S}}_{2} </math> = 0.5+;
<math> \stackrel{ }{\mbox{K}}_{4} [\stackrel{+2}{\mbox{Fe}} (\stackrel{ }{\mbox{C}} \stackrel{ }{\mbox{N}})_{6} </math> = 0.9+;
<math> \stackrel{ }{\mbox{N}} \stackrel{ }{\mbox{H}}_{4} \stackrel{+3}{\mbox{Fe}} (\stackrel{ }{\mbox{S}} \stackrel{ }{\mbox{O}}_{4})_{2} </math> •12H2O = 1.5+;
<math> \stackrel{ }{\mbox{K}}_{2} \stackrel{+6}{\mbox{Fe}} \stackrel{ }{\mbox{O}}_{4} </math> = 1.8+;
<math> \stackrel{ }{\mbox{K}}_{3} \stackrel{+3}{\mbox{Fe}} \stackrel{ }{\mbox{F}}_{6} </math> = 1.9+,
при общей тенденции прямо-пропорционального повышения значений энергии связи).
Значения относительных эффективных зарядов, полученные различными методами (оптической спектроскопии, ЯМР, также на основе квантовохимических расчетов), могут расходиться. Однако имеющиеся значения δ свидетельствуют о том, что атомы в соединениях высоких зарядов не имеют [отвечающих абсолютному заряду электрона] и чисто ионных соединений не существует.
- Мгновенные и индуцированные диполи.
Молекула представляет собой динамическую систему, в которой происходит постоянное движение электронов и колебание ядер. Поэтому распределение зарядов в ней не может быть строго постоянным. Например, молекулу Cl2 относят к неполярным: значение её электрического момента диполя равно нулю. Однако в каждый данный момент происходит временное смещение зарядов к одному из атомов хлора: Clδ+ → Clδ− или Clδ− ← Clδ+ с образованием мгновенных микродиполей. Поскольку подобное смещение зарядов к любому из атомов равновероятно, среднее распределение зарядов как раз и соответствует среднему нулевому значения момента диполя.
Для полярных молекул значение момента диполя в каждый данный момент времени несколько больше или несколько меньше его среднего значения. Направление и величина мгновенного диполя подвержены непрерывным колебаниям постоянного момента диполя. Таким образом, любую неполярную и полярную молекулу (и атом в ней) можно рассматривать как совокупность периодических очень быстро меняющихся по величине и направлению мгновенных микродиполей.
Под действием внешнего электрического поля молекула поляризуется, т.е. в ней происходит перераспределение зарядов, и молекула приобретает новое значение электрического момента диполя. При этом неполярные молекулы могут превратиться в полярные, а полярные становятся ещё более полярными. Иначе говоря, под действием внешнего эл. поля в молекулах индуцируется диполь, называемый наведённым или индуцированным. В отличие от постоянных и мгновенных наведенные (индуцированные) диполи существуют лишь при действии внешнего электрического поля. После прекращения действия поля наведённые диполи исчезают. Полярностью и поляризуемостью молекул обусловлено межмолекулярное взаимодействие.
Напишите отзыв о статье "Полярность химических связей"
Примечания
- ↑ Здесь знаками обозначены формальные заряды, т.е. целочисленные значения −1 и +1 (см. Формальный заряд).
См. также
Источники
- Полярность химических связей — статья из Большой советской энциклопедии.
- Ахметов Н.С. Общая и неорганическая Химия: Учеб. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1988. — стр. 84, 87-89, 141, 237, 240, 273, 293, 300, 387, 419, 426, 475, 524.
К:Википедия:Статьи без изображений (тип: не указан)
| ||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Полярность химических связей
Он с удивлением и робостью смотрел на нее.– Где же он?
– Он в армии, mon pere, в Смоленске.
Он долго молчал, закрыв глаза; потом утвердительно, как бы в ответ на свои сомнения и в подтверждение того, что он теперь все понял и вспомнил, кивнул головой и открыл глаза.
– Да, – сказал он явственно и тихо. – Погибла Россия! Погубили! – И он опять зарыдал, и слезы потекли у него из глаз. Княжна Марья не могла более удерживаться и плакала тоже, глядя на его лицо.
Он опять закрыл глаза. Рыдания его прекратились. Он сделал знак рукой к глазам; и Тихон, поняв его, отер ему слезы.
Потом он открыл глаза и сказал что то, чего долго никто не мог понять и, наконец, понял и передал один Тихон. Княжна Марья отыскивала смысл его слов в том настроении, в котором он говорил за минуту перед этим. То она думала, что он говорит о России, то о князе Андрее, то о ней, о внуке, то о своей смерти. И от этого она не могла угадать его слов.
– Надень твое белое платье, я люблю его, – говорил он.
Поняв эти слова, княжна Марья зарыдала еще громче, и доктор, взяв ее под руку, вывел ее из комнаты на террасу, уговаривая ее успокоиться и заняться приготовлениями к отъезду. После того как княжна Марья вышла от князя, он опять заговорил о сыне, о войне, о государе, задергал сердито бровями, стал возвышать хриплый голос, и с ним сделался второй и последний удар.
Княжна Марья остановилась на террасе. День разгулялся, было солнечно и жарко. Она не могла ничего понимать, ни о чем думать и ничего чувствовать, кроме своей страстной любви к отцу, любви, которой, ей казалось, она не знала до этой минуты. Она выбежала в сад и, рыдая, побежала вниз к пруду по молодым, засаженным князем Андреем, липовым дорожкам.
– Да… я… я… я. Я желала его смерти. Да, я желала, чтобы скорее кончилось… Я хотела успокоиться… А что ж будет со мной? На что мне спокойствие, когда его не будет, – бормотала вслух княжна Марья, быстрыми шагами ходя по саду и руками давя грудь, из которой судорожно вырывались рыдания. Обойдя по саду круг, который привел ее опять к дому, она увидала идущих к ней навстречу m lle Bourienne (которая оставалась в Богучарове и не хотела оттуда уехать) и незнакомого мужчину. Это был предводитель уезда, сам приехавший к княжне с тем, чтобы представить ей всю необходимость скорого отъезда. Княжна Марья слушала и не понимала его; она ввела его в дом, предложила ему завтракать и села с ним. Потом, извинившись перед предводителем, она подошла к двери старого князя. Доктор с встревоженным лицом вышел к ней и сказал, что нельзя.
– Идите, княжна, идите, идите!
Княжна Марья пошла опять в сад и под горой у пруда, в том месте, где никто не мог видеть, села на траву. Она не знала, как долго она пробыла там. Чьи то бегущие женские шаги по дорожке заставили ее очнуться. Она поднялась и увидала, что Дуняша, ее горничная, очевидно, бежавшая за нею, вдруг, как бы испугавшись вида своей барышни, остановилась.
– Пожалуйте, княжна… князь… – сказала Дуняша сорвавшимся голосом.
– Сейчас, иду, иду, – поспешно заговорила княжна, не давая времени Дуняше договорить ей то, что она имела сказать, и, стараясь не видеть Дуняши, побежала к дому.
– Княжна, воля божья совершается, вы должны быть на все готовы, – сказал предводитель, встречая ее у входной двери.
– Оставьте меня. Это неправда! – злобно крикнула она на него. Доктор хотел остановить ее. Она оттолкнула его и подбежала к двери. «И к чему эти люди с испуганными лицами останавливают меня? Мне никого не нужно! И что они тут делают? – Она отворила дверь, и яркий дневной свет в этой прежде полутемной комнате ужаснул ее. В комнате были женщины и няня. Они все отстранились от кровати, давая ей дорогу. Он лежал все так же на кровати; но строгий вид его спокойного лица остановил княжну Марью на пороге комнаты.
«Нет, он не умер, это не может быть! – сказала себе княжна Марья, подошла к нему и, преодолевая ужас, охвативший ее, прижала к щеке его свои губы. Но она тотчас же отстранилась от него. Мгновенно вся сила нежности к нему, которую она чувствовала в себе, исчезла и заменилась чувством ужаса к тому, что было перед нею. «Нет, нет его больше! Его нет, а есть тут же, на том же месте, где был он, что то чуждое и враждебное, какая то страшная, ужасающая и отталкивающая тайна… – И, закрыв лицо руками, княжна Марья упала на руки доктора, поддержавшего ее.
В присутствии Тихона и доктора женщины обмыли то, что был он, повязали платком голову, чтобы не закостенел открытый рот, и связали другим платком расходившиеся ноги. Потом они одели в мундир с орденами и положили на стол маленькое ссохшееся тело. Бог знает, кто и когда позаботился об этом, но все сделалось как бы само собой. К ночи кругом гроба горели свечи, на гробу был покров, на полу был посыпан можжевельник, под мертвую ссохшуюся голову была положена печатная молитва, а в углу сидел дьячок, читая псалтырь.
Как лошади шарахаются, толпятся и фыркают над мертвой лошадью, так в гостиной вокруг гроба толпился народ чужой и свой – предводитель, и староста, и бабы, и все с остановившимися испуганными глазами, крестились и кланялись, и целовали холодную и закоченевшую руку старого князя.
Богучарово было всегда, до поселения в нем князя Андрея, заглазное именье, и мужики богучаровские имели совсем другой характер от лысогорских. Они отличались от них и говором, и одеждой, и нравами. Они назывались степными. Старый князь хвалил их за их сносливость в работе, когда они приезжали подсоблять уборке в Лысых Горах или копать пруды и канавы, но не любил их за их дикость.
Последнее пребывание в Богучарове князя Андрея, с его нововведениями – больницами, школами и облегчением оброка, – не смягчило их нравов, а, напротив, усилило в них те черты характера, которые старый князь называл дикостью. Между ними всегда ходили какие нибудь неясные толки, то о перечислении их всех в казаки, то о новой вере, в которую их обратят, то о царских листах каких то, то о присяге Павлу Петровичу в 1797 году (про которую говорили, что тогда еще воля выходила, да господа отняли), то об имеющем через семь лет воцариться Петре Феодоровиче, при котором все будет вольно и так будет просто, что ничего не будет. Слухи о войне в Бонапарте и его нашествии соединились для них с такими же неясными представлениями об антихристе, конце света и чистой воле.
В окрестности Богучарова были всё большие села, казенные и оброчные помещичьи. Живущих в этой местности помещиков было очень мало; очень мало было также дворовых и грамотных, и в жизни крестьян этой местности были заметнее и сильнее, чем в других, те таинственные струи народной русской жизни, причины и значение которых бывают необъяснимы для современников. Одно из таких явлений было проявившееся лет двадцать тому назад движение между крестьянами этой местности к переселению на какие то теплые реки. Сотни крестьян, в том числе и богучаровские, стали вдруг распродавать свой скот и уезжать с семействами куда то на юго восток. Как птицы летят куда то за моря, стремились эти люди с женами и детьми туда, на юго восток, где никто из них не был. Они поднимались караванами, поодиночке выкупались, бежали, и ехали, и шли туда, на теплые реки. Многие были наказаны, сосланы в Сибирь, многие с холода и голода умерли по дороге, многие вернулись сами, и движение затихло само собой так же, как оно и началось без очевидной причины. Но подводные струи не переставали течь в этом народе и собирались для какой то новой силы, имеющей проявиться так же странно, неожиданно и вместе с тем просто, естественно и сильно. Теперь, в 1812 м году, для человека, близко жившего с народом, заметно было, что эти подводные струи производили сильную работу и были близки к проявлению.
Алпатыч, приехав в Богучарово несколько времени перед кончиной старого князя, заметил, что между народом происходило волнение и что, противно тому, что происходило в полосе Лысых Гор на шестидесятиверстном радиусе, где все крестьяне уходили (предоставляя казакам разорять свои деревни), в полосе степной, в богучаровской, крестьяне, как слышно было, имели сношения с французами, получали какие то бумаги, ходившие между ними, и оставались на местах. Он знал через преданных ему дворовых людей, что ездивший на днях с казенной подводой мужик Карп, имевший большое влияние на мир, возвратился с известием, что казаки разоряют деревни, из которых выходят жители, но что французы их не трогают. Он знал, что другой мужик вчера привез даже из села Вислоухова – где стояли французы – бумагу от генерала французского, в которой жителям объявлялось, что им не будет сделано никакого вреда и за все, что у них возьмут, заплатят, если они останутся. В доказательство того мужик привез из Вислоухова сто рублей ассигнациями (он не знал, что они были фальшивые), выданные ему вперед за сено.
