Полярность связи

Полярность связи определяется разностью электроотрицательностей атомов (ЭО), образующих связь. Чем больше разность ЭО (ΔЭО), тем больше полярность связи. При ΔЭО=0 связь ковалентная неполярная(H₂ , Cl₂, N₂, O₂). При ΔЭО≈2,5-3,2 связь условно считают ионной и рассматривают как предельный случай ковалентной полярной связи.

Смещение электронной плотности к более электроотрицательному атому

Приводит к появлению в молекуле истинных зарядов атомов-эффективных. Согласно экспериментальным данным, эффективные –заряды на атомах в молекуле HCl составляют δ_н = + 0,17 δ_Cl = - 0,17 абсолбтного заряда электрона. Можно сказать, что связь в молекуле HCl полярная, имеет на 17% ионный характер. В NaCl δ_Na = + 0,83, а

δ_Cl = - 0,83, т.е. степень ионности равна 83%. Полного перетягивания связующих пар электронов от более электроположительного к более электроотрицатнльному атому и образования 100%-ной ионной связи практически не наблюдается. Это подтверждают и тепловые эффекты реакций образования молекулы CsF:

Cs⁰ – е = Cs⁺ ΔН^◦ = +376 кДж

F + е = F^- ΔН^◦ = -349 кДж

25 кДж

Полярность связи количественно характеризуется дипольным моментом связи μ = q ·l, где q эффективный заряд атома, l – расстояние между центрами зарядов в молекуле. Дипольный момент обычно измеряют в единицах Дебая (Д), в системе СИ – в кулон-метрах (Кл·м). 1Д = 0,33·10^-29

Кл·м. Дипольный момент – векторная величина, направленная от положительного эффективного заряда к отрицательному.

Полярные и неполярные молекулы

Неполярные молекулы характеризуются равномерным распределением электронной плотности между взаимодействующими атомами. В них электрические центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают.

Полярные молекулы являются диполями, т.е. системами, состоящими из двух одинаковых по величине разноимённых электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга.

Полярность молекулы, как и полярность связи оценивают величиной её дипольного момента.

У двухатомных молекул полярность молекулы совпадает с полярностью связи. Молекула Cl₂ (μ = 0) неполярна, молекула HCl полярна (диполь; μ = 1,03 Д.

Полярность многоатомных молекул определяет дипольный момент молекулы, который представляет собой векторную сумму дипольных моментов всех связей несвязывающих электронных пар в молекуле. Результат сложения зависит от структуры молекулы. Например, молекула СО₂ имеет симметричное линейное строение:

δ- 2δ+ δ-

О = С = О. Хотя связи С = О являются полярными (μ= 2,7 Д), вследствие взаимной компенсации их дипольных молекул молекула СО₂ в целом неполярна (μ = 0). По этой же причине неполярны высокосимметричные тетраэдрические молекулы CH₄, CCl₄ и др.

Напротив, в угловой молекуле Н₂О полярные связи О-Н расположены под углом 104,5^°. Поэтому их дипольные моменты взаимно не компенсируются и молекула является полярной (μ= 1,84 Д). Полярными являются также угловая молекула SO₂, пирамидальные молекулы NH₃, NF₃ и т.д.

Поляризуемость

Поляризуемость ковалентной связи – это её способность становиться полярной (или более полярной) в результате действия на молекулу внешнего электрического поля, под действием полярных молекул или ионов. Поляризуемость связи увеличивается с увеличением размера атома, уменьшением размера атома и его электроотрицательности.

HCl HBr HI

ΔЭО 0,9 0,7 0,5

В ряду молекул галогеноводородов полярность связи уменьшается, а поляризуемость увеличивается.

Полярностью и поляризуемостью молекул обусловлено межмолекулярное взаимодействие.

В результате поляризации может происходить гетеролитический (асимметричный) разрыв химической связи с образованием разноимённых ионов:

А| :В → А⁺ + :В^-

При гомолитическом (симметричном) разрыве химической связи образуются свободные радикалы:

А : В → Аּ + ּВ