所述非极性分子是那些存在于它们的结构它们的电子的对称分布。如果它们的原子的负电性差异很小,或者如果负电性的原子或基团矢量抵消了它们对分子的影响,则这是可能的。
并非总是“非极性”是绝对的。因此,低极性的分子有时被认为是非极性的。也就是说,它的偶极矩µ接近于0。在这里,我们进入相对场:将分子或化合物视为非极性时µ必须低到多少?
BF3的非极性分子。资料来源:Benjah-bmm27,通过Commons Wikimedia。
为了更好地解决这个问题,有三氟化硼分子BF 3(上图)。
氟原子比硼原子更具负电性,因此BF键是极性的。但是,BF 3分子是对称的(三角形平面),并且需要三个BF矩的矢量抵消。
因此,即使存在极性键,也产生非极性分子。可以通过存在另一个极性链接来平衡生成的极性,该极性链接的大小与前一个极性链接相同,但方向相反。因为它发生在BF 3中。
非极性分子的特征
对称
为了使极性键相互抵消,该分子必须具有一定的几何结构。例如线性,乍看之下最容易理解。
具有两个极性键(O = C = O)的二氧化碳(CO 2)就是这种情况。这是由于以下事实:当一个方向朝向一侧,而第二方向朝向另一侧,且角度为180°时,C = O键的两个偶极矩会抵消。
因此,从鸟瞰角度评估分子的“非极性”时要考虑的首要特征之一就是观察其对称性。
假设我们有分子COS(O = C = S)而不是CO 2,称为羰基硫。
现在,它不再是非极性分子,因为硫的电负性小于氧气的电负性。因此,偶极矩C = S与C = O不同。结果,COS是极性分子(极性是另一回事)。
下图以图形方式总结了刚才描述的所有内容:
CO2和COS分子的偶极矩。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
请注意,COS分子中C = S键的偶极矩小于C = O键的偶极矩。
电负性
鲍林标度的电负性介于0.65(对于)和4.0(对于氟)之间。通常,卤素具有高电负性。
当形成共价键的元素的电负性之差小于或等于0.4时,被称为非极性或非极性。但是,唯一真正非极性的分子是由相同原子(例如氢,HH)之间的键形成的分子。
分子间力
为了使一种物质溶于水,它必须与分子发生静电相互作用。非极性分子无法执行的相互作用。
在非极性分子中,其电荷不限于分子的一端,而是对称(或均匀)分布。因此,它不能通过偶极-偶极力相互作用。
相反,非极性分子通过伦敦的散射力互相作用。这些是瞬时偶极子,可极化相邻分子原子的电子云。在此,分子质量是这些分子的物理性质的主要因素。
如何识别它们?
-识别非极性分子的最佳方法之一可能是其在不同极性溶剂中的溶解度,通常在它们中的溶解度不是很高。
-一般而言,非极性分子是气态的。它们也可以与水形成不混溶的液体。
-非极性固体的特征在于柔软。
-将它们保持在一起的分散力通常较弱。因此,它们的熔点或沸点往往低于极性化合物的熔点。
-非极性分子,特别是液态的,由于缺乏净电荷,因此是不良的电导体。
例子
稀有气体
尽管它们不是分子,但稀有气体被认为是非极性的。如果假设它的两个原子He-He在短时间内相互作用,则可以将所述相互作用视为分子的一半。本质上是非极性的分子。
双原子分子
H 2,Br 2,I 2,Cl 2,O 2和F 2等双原子分子是非极性的。它们具有通式A 2,AA。
碳氢化合物
如果A是一组原子怎么办?在其他非极性化合物之前。例如,乙烷,CH 3 -CH 3,其碳骨架为线性CC。
甲烷CH 4和乙烷C 2 H 6是非极性分子。碳的电负性为2.55;氢的电负性为2.2。因此,存在一个低强度的偶极子矢量,其方向是从氢到碳。
但是,由于甲烷和乙烷分子的几何对称性,它们分子中的偶极矢量或偶极矩之和为零,因此分子上没有净电荷。
通常,所有烃都发生同样的情况,即使它们中存在不饱和键(双键和三键),它们也被视为非极性或低极性化合物。同样,环状烃是非极性分子,例如环己烷或环丁烷。
其他
二氧化碳(CO 2)和二硫化碳(CS 2)的分子均为非极性分子,均具有线性几何形状。
在二硫化碳中,碳的电负性为2.55,而硫的电负性为2.58;因此这两种元素实际上具有相同的电负性。没有产生偶极子向量,因此净电荷为零。
同样,存在以下均为非极性的分子CCl 4和AlBr 3:
CCl4和AlBr3分子。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
在本文开头,三溴化铝中的AlBr 3与BF 3相同。同时,对于四氯化碳CCl 4,由于所有C-Cl键均相同,因此其几何形状为四面体且对称。
类似地,具有通式CX 4(CF 4,CI 4和CBr 4)的分子也是非极性的。
最后,非极性分子甚至可以具有八面体几何形状,就像六氟化硫SF 6一样。实际上,它可以具有任何几何形状或结构,只要它是对称的并且其电子分布是均匀的即可。
参考文献
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