3.8: Полярність молекул

Last updated
Save as PDF

Page ID: 25477

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

полярність атома

Негативний заряд електронів врівноважує позитивний заряд протонів в атомі. Електрони, симетрично розподілені навколо ядра, не залишають негативного або позитивного кінця. Атоми неполярні. Мал. 3.8.1 ілюструє полярність атома водню з колірними кодами.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Карта електростатичного потенціалу атома водню, показана неполярним зеленим кольоровим кодом. Джерело: намальовано за допомогою вільного програмного забезпечення https://chemagic.org/molecules/amini.html

Полярність ковалентного зв'язку

Коли атоми одного елемента об'єднуються, утворюючи ковалентний зв'язок, наприклад, H-H і F-F, позитивні і негативні заряди все ще симетричні, а зв'язок неполярний, тобто жоден негативний кінець не відокремлений від позитивного кінця. Однак, коли атоми різних елементів об'єднуються, утворюючи ковалентний зв'язок, тим більше електронегативний атом притягує зв'язкову електронну пару до себе сильніше, ніж інший атом. Поділ позитивних і негативних зарядів відбувається, коли електрони зміщуються більше в бік електронегативного атома. Зв'язок стає полярною з частково позитивним (Δ+) кінцем на електропозитивному атомі і частково негативним (δ-) кінцем на електронегативному атомі. Наприклад, фтор більш електронегативний, ніж водень. Отже, фтор тягне зв'язувальну електронну пару до себе в молекулі H-F, створюючи частковий негативний заряд (δ-) на фторі і частковий позитивний заряд (Δ+) на водні. H-F зв'язок полярна. Мал. 3.8.2 ілюструє полярність в H-F з колірними кодами.

Карта електростатичного потенціалу фтористого водню — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Молекула H-F, що показує Δ+кінець синім кольором, δ- закінчується червоним кольором і нейтральну частину зеленим кольором. Джерело: намальовано за допомогою вільного програмного забезпечення http://molview.org/?cid=14917

Полярність зв'язку - це вектор, який має величину і напрямок і може бути представлений стрілкою, як і інші вектори, як показано на рис. 3.8.3 для випадку молекули води.

Карта електростатичного потенціалу води — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Молекула води складається з кисню та водню з відповідною електронегативністю 3,44 та 2,20. Різниця електронегативності поляризує кожну H—O зв'язок, зміщуючи свої електрони до кисню (ілюструється червоними стрілками). Ці ефекти додають як вектори, щоб зробити загальну молекулу полярною. Джерело: Ріккардо Ровінетті/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Зв'язок класифікується як неполярний ковалентний, полярний ковалентний або іонний зв'язок на основі наступної конвенції: неполярний ковалентний, якщо електронегативна різниця зв'язкового атома менше 0,5, полярний ковалентний, якщо різниця електронегативності становить від 0,5 до 1,9, і іонний, якщо Різниця електронегативності більше 1,9.

Полярність молекули

Молекули потрапляють на наступні категорії, що стосуються молекулярної полярності.

Молекула неполярна, якщо в ній немає полярного зв'язку, наприклад, H-H, F-F і CH ₄ є неполярними молекулами. Рис. 3.8.4 ілюструє молекули СН ₄ з електронними хмарами зеленого кольору, які представляють неполярну молекулу.

Карта електростатичного потенціалу метану — Малюнок\(\PageIndex{4}\): Метан (CH ₄) без полярного зв'язку є неполярним. Джерело: намальовано за допомогою вільного програмного забезпечення https://chemagic.org/molecules/amini.html

Якщо в молекулі є тільки одна полярна зв'язок, то молекула є полярною, наприклад, молекула H-F, показана на рис. 3.8.2.

Карта електростатичного потенціалу вуглекислого газу — Малюнок\(\PageIndex{5}\): Приклади симетричних молекул з усіма полярними зв'язками, але молекула в цілому неполярна. Прикладами є (зліва направо) вуглекислий газ СО ₂, трифторид бору BF ₃ та тетрафторид вуглецю CF ₄.

Карта електростатичного потенціалу трифториду бору — Малюнок\(\PageIndex{5}\): Приклади симетричних молекул з усіма полярними зв'язками, але молекула в цілому неполярна. Прикладами є (зліва направо) вуглекислий газ СО ₂, трифторид бору BF ₃ та тетрафторид вуглецю CF ₄.

Якщо в молекулі є більше одного полярного зв'язку, молекула може бути полярною або може бути неполярною, залежно від симетрії молекули: а) Вектор полярності окремих зв'язків скасовується в симетричних молекулах, роблячи молекулу неполярною. Наприклад, симетричні молекули, такі як CO ₂, BF ₃ і cCl ₄_, є неполярними, хоча кожна зв'язок в них полярна. Рис. 3.8.5 ілюструє симетричні молекули, які мають полярні зв'язки, але полярність зв'язків скасовує один одного, роблячи молекулу неполярною. б) Якщо молекула має полярні зв'язки і вона не симетрична, вектори полярності не скасовуються, а молекула полярна. Приклади полярних молекул включають ChCl _₃_, NH 3 і H ₂ O, як показано на рис. 3.8.6.

Карта електростатичного потенціалу хлороформу — Малюнок\(\PageIndex{6}\): Несиметричні молекули з полярними зв'язками - це полярні молекули з чистим Δ+ закінченням червоного кольору і δ- закінчується синім кольором. Прикладами є (зліва направо) хлороформ (ChCl ₃), аміак (NH ₃) та вода (H ₂ O).

Карта електростатичного потенціалу аміаку — Малюнок\(\PageIndex{6}\): Несиметричні молекули з полярними зв'язками - це полярні молекули з чистим Δ+ закінченням червоного кольору і δ- закінчується синім кольором. Прикладами є (зліва направо) хлороформ (ChCl ₃), аміак (NH ₃) та вода (H ₂ O).