的极性是其特征在于,电子密度的标记非均匀分布的在分子中存在的属性。因此,在其结构中,存在带负电的区域(δ-),而其他带正电的区域(δ+),则产生偶极矩。
键的偶极矩(µ)是分子极性表达的一种形式。它通常表示为向量,其起源是电荷(+),其末端位于电荷(-),尽管有些化学家将其反过来表示。
水分子的静电势图。资料来源:通过维基百科的Benjah-bmm27。
上方的图像显示了水H 2 O 的静电势图。带红色的区域(氧原子)对应于具有最高电子密度的区域,并且还可以看出,该区域在蓝色的区域(氢原子)突出)。
由于所述电子密度的分布是异质的,因此可以说存在正极和负极。这就是为什么我们谈论化学“极性”和偶极矩的原因。
偶极矩
偶极矩μ由以下公式定义:
µ =δ·d
其中δ是每个极的电荷,正(+δ)或负(-δ),d是它们之间的距离。
偶极矩通常在德拜表示,用符号D库仑表示·米= 2.998·10 29 D.
两个不同原子之间的键的偶极矩的值与形成键的原子的电负性的差异有关。
要使分子具有极性,仅在其结构中具有极性键是不够的,但还必须具有不对称的几何形状。以防止偶极矩矢量相互抵消的方式。
水分子中的不对称性
水分子具有两个OH键。分子的几何形状是有角的,即形状像“ V”;因此,键的偶极矩不会互相抵消,而是会产生指向氧原子的总和。
H 2 O 的静电势图反映了这一点。
如果观察到角分子HOH,可能会出现以下问题:它真的不对称吗?如果假想轴穿过氧原子,则分子将分为两个相等的半部分:HOOH。
但是,假想轴是否水平则不是这样。当此轴现在将分子分成两半时,一侧将有一个氧原子,而另一侧则有两个氢原子。
因此,H 2 O 的表观对称性不复存在,因此被认为是不对称分子。
极性分子
极性分子必须满足一系列特征,例如:
-电荷在分子结构中的分布是不对称的。
-它们通常溶于水。这是因为极性分子可以通过偶极-偶极力相互作用,其中水的特征是具有很大的偶极矩。
此外,它的介电常数非常高(78.5),这使它可以保持电荷分离,从而增加其溶解度。
-一般而言,极性分子具有高沸点和熔点。
这些力由偶极-偶极相互作用,伦敦色散力和氢键形成组成。
-由于其电荷,极性分子可以导电。
例子
西南
二氧化硫(SO 2)。氧的电负性为3.44,而硫的电负性为2.58。因此,氧比硫更具负电性。有两个S = O键,O带δ-电荷,S带δ+电荷。
因为它是一个在顶点处带有S的角形分子,所以两个偶极矩的方向相同。因此,它们加在一起,使SO 2分子变成极性。
盐酸
氯仿(HCCl 3)。有一个CH键和三个C-Cl键。
C的电负性为2.55,H的电负性为2.2。因此,碳比氢更具负电性。C:和因此,偶极矩将被从H(δ+)向C(δ-)取向δ- -H δ+ 。
在C-Cl键的情况下,C具有2.55的电负性,而Cl具有3.16的电负性。偶极向量或偶极矩选自C定向为氯在三个C δ+ -Cl δ-键。
由于在氢原子周围有一个电子贫乏区,并且由三个氯原子组成的一个电子富集区,CHCl 3被认为是极性分子。
高频
氟化氢只有一个HF键。H的电负性为2.22,F的电负性为3.98。因此,氟的端部向上具有最高的电子密度,并且两个原子之间的键被最好地描述为:H δ+ -F δ-。
NH
氨(NH 3)具有三个NH键。N的电负性为3.06,H的电负性为2.22。在所有三个键中,电子密度朝向氮,由于存在一对自由电子,氮的密度甚至更高。
NH 3分子为四面体,N原子占据顶点。对应于NH键的三个偶极矩的方向相同。在其中,δ-位于N,和δ+在H.因而,键是:N δ- -H δ+ 。
这些偶极矩,分子的不对称性以及氮上的自由电子对使氨成为高极性分子。
带有杂原子的大分子
当分子非常大时,不再确定将其分类为非极性或极性本身。这是因为其结构的某些部分可能同时具有非极性(疏水)和极性(亲水)特性。
这些类型的化合物称为两亲性或两亲性。因为可以认为非极性部分相对于极性部分电子贫乏,所以结构中存在极性,并且两亲化合物被认为是极性化合物。
通常可以预期具有杂原子的大分子具有偶极矩,因此具有化学极性。
杂原子应理解为与构成结构骨架的那些不同。例如,碳骨架在生物学上是最重要的,碳与碳形成键的原子(除了氢)被称为杂原子。
参考文献
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