- •Кафедра «Моделирование систем и информационные технологии»
- •2. Поляризация
- •3. Цветность химических соединений
- •4. Эксперементальная часть.
- •5.Приложения
- •Значение радиусов некоторых ионов
- •Значение коэффициента поляризуемости и относительного поляризующего потенциала пп для некоторых ионов
- •Значения электроотрицательности эо (χ )атомов некоторых элементов (по Полингу)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
"МАТИ" Российский государственный технологический университет
имени К.Э. Циолковского
_______________________________________________________________
Кафедра «Моделирование систем и информационные технологии»
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ИОНОВ
Методические указания к лабораторным работам по курсу
«Химия»
Составители: Белова С.Б.
Гришина Н.Д.
Горлачева Т.К.
МОСКВА 2006
ВВЕДЕНИЕ
Образование химических соединений обусловлено возникновением химической связи между атомами в молекулах или кристаллических решетках.
Химическая связь – взаимное сцепление атомов в молекуле и кристаллической решетке в результате действия между атомами электрических сил притяжения.
Различают три основных типа химической связи: ковалентную, ионную и металлическую. Эти типы химической связи не существуют изолированно в реальных веществах, а реализуются как промежуточные формы связи.
ПОЛЯРНАЯ КОВАЛЕНТНАЯ И ИОННАЯ СВЯЗЬ
Химическая ковалентная связь возникает между соединяющимися атомами элементов при перекрывании атомных орбиталей двух электронов, обладающих антипараллельными спинами. Смещение общего электронного облака в направлении к атому элемента с более высоким значением электроотрицательности (ЭО) характеризует поляризацию химической связи. При этом, соответственно, смещаются «электрические центры тяжести» всех положительных зарядов (протонов в ядрах атомов) и всех отрицательных зарядов (электронов), что приводит к возникновению диполя. Диполь – система из двух равных по величине, но противоположных по знаку зарядов.
Характеристикой полярности ковалентной связи является постоянный дипольный момент µp. Эта величина определяется произведением элементарного заряда электрона q на длину диполя l (расстояние между зарядами):
µp = q∙l, D (1)
Для измерения величины дипольного момента принята особая единица размерности D – Дебай.
Следует учитывать, что дипольный момент µp является вектором. Геометрическое сложение векторов, характеризующих дипольные моменты отдельных полярных ковалентных связей в молекулах, определяет дипольный момент молекулы. Для неполярных молекул µp = 0. В полярных молекулах значения µp достигают 3,5 – 4,0 D, а при наличии ионной связи возрастает до 10 D. На условных «концах» диполей - полярных молекул возникают эффективные заряды (δ+ и δ-).
Поляризация ковалентных химических связей сопровождается деформацией внешних электронных оболочек атомов, входящих в состав молекул, что приводит к возникновению частично ионизированных атомов, которые можно назвать условными ионами. Это означает, что внешняя электронная оболочка атома, обладающего меньшим значением ЭО, смещается в направлении условного аниона. В составе молекул условные катионы обладают положительным значением окислительного числа (+ о.ч.), условные анионы – отрицательным значением окислительного числа (- о.ч.).
Однако в ионных кристаллах типичных солей атомы химических элементов почти полностью ионизированы (доля ионной связи может достигать 94-96%), а в водных растворах электролитов существуют обособленные, реальные гидратированные катионы и анионы.
При наложении электрического поля происходит дополнительная поляризация ковалентных связей и деформация электронной структуры ионизированных атомов. Характеристикой этого эффекта является индуцированный дипольный момент µi , размерность которого также выражается в Дебаях (D).
µi = q∙l, D (2)
Таким образом, общий дипольный момент ковалентных связей и молекул является суммой µp и µi .
Величина индуцированного дипольного момента µi пропорциональна напряженности электрического поля Ē
µi = α∙Ē, D (3)
В этом выражении коэффициент α имеет физический смысл поляризуемости, то есть характеризует микрообъем пространства, который занимает деформированная внешняя электронная оболочка ионизированного атома при смещении ее относительно ядра атома.
α = µi / Ē , см³ (4)
Явления поляризации наблюдаются в ионных кристаллах, растворах электролитов и даже в веществах с молекулярным строением. Это объясняется тем, что напряженность электрического поля между заряженными частицами, расположенными на ничтожно малых расстояниях друг от друга, весьма высока.