If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Курс: Химична библиотека > Раздел 7

Урок 4: Точкови структури и геометрия на молекулите

Молекулна полярност

Както връзките, молекулите също могат да бъдат полярни. В една полярна молекула електронната плътност е неравномерно разпределена из молекулата, което води до области с частично отрицателен заряд и области с частично положителен заряд. Молекулната полярност зависи и от отделните полярности на връзката, и от молекулната геометрия, като второто можем да предвидим, като използваме теорията за отблъскването на електронните двойки във валентния слой. Създадено от Джей.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.

Видео транскрипция

Вече знаем как да изписваме структурни формули, също и да предвиждаме формите на молекулите. Да използваме тези умения, за да анализираме полярността на молекулите чрез така наречения диполен момент. За да обясним какво е диполен момент, да разгледаме ситуацията, начертана отдясно. Имаме положително зареден протон на определено разстояние от отрицателно зареден електрон. Разстоянието между тях е равно на d. Знаем, че протонът и електронът имат еднаква големина на заряда: и двете имат големина на заряда Q=1,6 по 10 на степен -19. Разбира се, зарядът на протона е равен на +Q, отбелязвам го тук, а зарядът на електрона е минус Q, ето така. За да изчислим диполния момент, използваме определението: диполният момент, който се бележи с гръцката буква мю (μ), е равен на големината на заряда Q по разстоянието между зарядите, d. И така, имаме μ = Q по d. В това видео няма да се занимаваме с изчисления, но ако го пресметнеш, ще получиш резултат в единици дебай. Получава се число, изразено в мерната единица дебай. Тук повече ни интересува анализа на диполния момент по отношение на молекулярната структура, затова да разгледаме структурната формула на HCl. Ако погледнем ковалентната връзка между водородния и хлорния атом, виждаме, че тя е съставена от два електрона. Тъй като хлорният атом е повече електроотрицателен от водородния, тези два електрона ще се привлекат по-близо до хлорния атом. Обозначавам това чрез тази стрелка. Тя сочи в посоката на движението на електроните в жълто: те се преместват по-близо до хлора. Хлорът ще получи малко повече електронна плътност около себе си, обозначаваме това с частично отрицателен заряд. Тук записваме малката гръцка буква делта, показваща частично отрицателен заряд поради увеличението на електронната плътност. Това е един подход. И тъй като водородът губи малко от електронната си плътност, той губи и малко отрицателен заряд, тоест става частично положително зареден. Така обозначаваме частично положителния заряд. Имаме ситуация, в която молекулата е поляризирана. Тази част от молекулата, тук отдясно, е с увеличена електронна плътност, тя е с частично отрицателен заряд. Това е единият полюс. А другата страна е загубила от електронната си плътност и е частично положително заредена. Тук е положителният полюс. Можеш да си представиш при началото на стрелката този знак плюс, който показва как е разпределен зарядът в молекулата. И така, имаме тези два полюса: положителен и отрицателен. Ако си представиш за всеки от тези два полюса съответния му център на тежестта, тогава можеш да измериш разстоянието между тях и да изчислиш диполния момент на молекулата. Когато изчислиш диполния момент на HCl, μ става равно на приблизително 1,11 дебая. И така, имаме полярна връзка и поляризирана молекула. Можем да кажем, че HCl е сравнително полярна. Има диполен момент. Това е примерен подход при анализа на тези молекули. Да опитаме с още една. Например въглероден диоксид. Знам, че молекулата на CO₂ е линейна, нейната структурна формула образува права линия, което е от значение за намирането на диполния момент. Да анализираме електроните на тази връзка въглерод с кислород, имаме двойна връзка между тях, кислородът е повече електроотрицателен от въглерода. Затова кислородът ще привлече общите електрони по-близо до себе си. Отбелязваме това със стрелка или вектор, насочен надясно. Тук връзката представлява дипол. Същата ситуация имаме и отляво. Кислородът е по-електроотрицателен от въглерода, затова тези електрони ще се доближат повече до кислорода. Тук отбелязваме със стрелка, сочеща наляво. И макар, че имаме тези отделни диполни връзки, тъй като молекулата е линейна, виждаме, че двата им вектора са равни по големина, но противоположни по посока и се неутрализират. Това е причината за тази молекула да не очакваме диполен момент. Тя няма молекулен дипол. Тук μ е равно на 0. По-прост начин да си представим това е като дърпане на въже: имаме тези два кислородни атома, те са много силни, но са с еднакви сили. Те дърпат с равна сила в различни посоки, затова въжето не помръдва. Така отделните диполни връзки се неутрализират и общият диполен момент на молекулата става нула. Въглеродният диоксид се приема за неполярен. Сега да анализираме молекулата на водата. Виж електроните на тази ковалентна връзка между водорода и кислорода. Кислородът е повече електроотрицателен от водорода, затова тези електрони се доближават до кислорода. Същото се случва и с другата връзка. Остават ни и двойките електрони при централния атом за анализ. Това ще увеличи, естествено, електронната плътност в такава посока за тази свободна двойка и също в такава посока за тази. Макар да знаем, че геометрията на водната молекула е под ъгъл, това е трудно да се представи на тази двумерна плоскост. С тримерен молекулен модел може да се види, че общият диполен момент сочи нагоре в този случай. Диполите на отделните връзки се събират, за да се получи молекулният дипол, който тук сочи нагоре. Водната молекула има диполен момент. μ е приблизително 1,85 и считаме водата за полярна молекула. Да направим още два примера. Отляво имаме CCl₄: въглероден тетрахлорид. Тук въглеродът е свързан с хлорен атом, а правата линия означава, че връзката е в равнината на екрана. Знаем, че тази молекула е с геометрия на тетраедър около централния въглероден атом. Ще анализираме и това. Тук с триъгълниче е обозначено, че този хлорен атом се намира по-напред в пространството. А прекъснатата линия тук означава, че хлорният атом е по-назад в пространството. Опитай да си го представиш или да използваш тримерен модел. Както и да завъртиш тази молекула, тя ще изглежда еднакво във всички посоки. Така е заради подредбата около един централен атом на четири еднакви атома по върховете на тетраедър. В тримерното пространство винаги ще изглежда еднакво. Това е важно при анализа на диполния момент на тази молекула. Нека пристъпим към него. Започваме с разликите в електроотрицателността. Разглеждам горната връзка на въглерод с хлор: нейните два електрона. Хлорният атом е повече електроотрицателен от въглеродния. Можем да си представим, че тези електрони се доближават до хлора. Ще използвам зелено. И така, тези два електрона отиват в такава посока. Същото се случва и за останалите хлорни атоми. Поради по-голямата електроотрицателност на хлора можем да обозначим тези отделни диполни връзки. Те са общо четири. В този случай отделните диполи са четири, но в тримерното пространство се неутрализират. Това също не е лесно за представяне на двумерния чертеж. Но ако имаш тримерен модел на молекулата, можеш по-лесно да видиш как тя остава непроменена при завъртане. И така, отделните диполни връзки се неутрализират, тази молекула няма диполен момент и μ е равно на 0. От това заключаваме, че молекулата на въглеродния тетрахлорид е неполярна. Сега да разгледаме примера отдясно. Тук на мястото на единия хлорен атом има водороден. Това е CHCl₃, или хлороформ. Сега да анализираме молекулата. Да помислим за тази връзка в червено: въглеродът е мъничко повече електроотрицателен от водорода, затова електроните от тази връзка ще се придърпат този път към въглеродния атом. Отново при връзките между въглерод и хлор хлорът е по-силно електроотрицателен и диполът на връзките ще е по посока на хлора. Това се отнася и за трите хлорни атома. Надявам се тук да се вижда малко по-ясно: диполите на отделните връзки се комбинират в общ дипол, сочещ надолу за тази молекула. С розово начертавам молекулния дипол, това е общият дипол за цялата молекула, който на този чертеж сочи надолу. Поради водородния атом отгоре нямаме вектор, който да сочи нагоре и да балансира сочещите надолу. Очакваме тази молекула да има свой диполен момент. Тук той е приблизително μ = 1,01 Определено хлороформът е по-полярен от въглеродния тетрахлорид.