Реферат: Дипольный момент молекулы и связи

Министерство общего и профессионального образования РФ

Московский Государственный Технический Университет

им. Н.Э.Баумана

Доклад

Дипольный момент молекулы и связи

Выполнен студенткой гр. МТ10-42 Галямовой Ириной

Проверил Волков А.А.

г.Москва,2001г.

Представим себе, что можнонайти “центрытяжести”отрицательных и положительныхчастей молекулы. Тогда условно все вещества можноразбить на две группы. Одну группу составляют те, в молекулах которых оба “центра тяжести”совпадают.Такие молекулы называются неполярными. К ним относятся все ковалентныедвухатомные молекулы вида А2, а также молекулы, состоящие из трех иболее атомов, имеющие высокосимметричное строение, например СО2, СS2, СCl4, С6 H6. Во вторую группу входят все вещества, у которых “центрытяжести”зарядов в молекуле не совпадают, молекулы которых характеризуются электрическойасимметрией. Эти молекулы называют полярными. К ним относятся молекулы вида АВ,в которых элементы А и В имеют различную электроотрицательность, и многие болеесложные молекулы. Систему из двух разноименных электрических зарядов, равных поабсолютной величине, называют диполем.

Полярность молекулы (и полярностьсвязи) характеризуется дипольным моментом молекулы(или связи).

Величинадипольного момента сильно влияет на свойства полярных молекул и веществ,построенных из таких молекул.Полярные молекулыполяризуются в электрическом поле, устанавливаясьпо силовым линиям поля, ориентируются в электических полях, создаваемых ионамив растворах, взаимодействуют между собой, замыкая свои электрические поля.Дипольный момент образуется за счет смещения центров положительного иотрицательного зарядов на некоторую величину l, называемую длиной диполя.

Чем более полярны молекулы, чем значительнее смещенывалентные электронные пары к одному из атомов, тем больше m. Инаоборот, если электрическая ассиметрия молекул незначительна, то величина m невлика .

Длясистемы из двух частиц дипольный момент mравен:m= el.

Где e — величина заряда;l — расстояние между центрами. Однако, определяя сразувеличину дипольного момента, мы не знаем ни величины заряда e, локализованногов полярной молекуле, ни расстояния между центрами l.

Принимаем eравным зарядуэлектрона(1,6021*10-19Кл)и тогда получаем приведенную длину диполя l, которая является условной величиной. В качествеединицы измерения дипольных моментов принят дебай(названныйв честь голландского физика П.Дебая, разработавшего теорию полярных молекул).всистеме СИ 1D=0,33*10-29Кл*м.

Дипольныемоменты обычно определяют экспериментально, измеряя относительнуюдиэлектрическую проницаемость e веществ приразличных температурах. Если вещество поместить в электрическое поле,создаваемое конденсатором, то емкость последнего возрастет в eраз, т.е. e=c/c0(где c0 и с-емкость конденсатора в вакууме и в среде вещества).

Энергияэлектрического поля в конденсаторе U выражается соотношением:

U=1/2cV2,

где V — напряжение на обкладках конденсатора.

Из приведенного уравнениявидно, что конденсатор в среде вещества имеет больший запас энергии, чем ввакууме (с>1). Это обусловлено тем, что под действием электрическогополя происходит поляризация среды — ориентация диполей и деформация молекул.Первый эффект зависит от температуры, второй — не зависит.

Температурную зависимостьотносительно диэлектической проницаемости вещества e выражаетуравнение Ланжевена-Дебая:

где М- относительнаямолекулярная масса вещества; r- плотность вещества, NA — постоянная Авогадро;k- постоянная Больцмана, равная R/ NA(R — универсальнаягазовая постоянная);a-деформационная поляризуемость молекул.

Измерив eпри двух температурах, с помощью уравнения Ланжевена-Дебая можноопределить a и m. Есть и другие методы экспериментальногоопределения m.

Значения дипольных моментов длянекоторых связей между разнородными атомами приведены в таблице:

Не следует путать дипольныймомент связи и дипольный момент молекулы, так как в молекуле могут существоватьнесколько связей, дипольные моменты которых суммируются как векторы.Крометого, на величину дипольного момента молекулы могут влиять магнитные поля орбиталей, содержащих электронную пару,- "неподеленные"электроны. Большое влияние на полярность молекулы оказывает ее симметрия.

Например, молекула метана CH4 обладает высокой степенью симметрии(центрированный тетраэдр), и поэтому векторная сумма дипольных моментов связей(m=0,4D) равна нулю:

Smсв=0

Если заменить водородные атомына атомы хлора и получить молекулу CCl4, у которой дипольныймомент связи m=2,05D, те в пять раз больший,чем для C-H, торезультат останется прежним, так как молекула CCl4 обладает таким же строением.

рис.2.схема строения молекулы СО2

СвязьС=О обладает дипольным моментом 2,7D, однако линейная молекула СО2

<img src="/cache/referats/4820/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1033"><img src="/cache/referats/4820/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1032">Является неполярной до тех пор,пока ее структура не исказится под действием других молекул(напр, Н2О).Структуралинейной молекулы СО2, в которой атом углерода гибридизированчастично: 2s22p2 2s12p3 2q22p2, представлена на рис.2. Дипольные моменты связей,обладая различными знаками, дают общий депольный момент, равный нулю:

Smсв=0.

Такимобразом, полярность молекул определяется довольно сложно, так как она учитываетвсе взаимодействия, которые могут возникнуть в такой сложной структуре, какмолекула. Кроме того, ”полярность”молекулы не определяется лишь величиной дипольного момента, а зависит также отразмеров и конфигурации молекул. Например, молекула воды более резко проявляетсвои полярные свойства (образование гидратов, растворимость и т.д.), чеммолекула этилового спирта, хотя дипольные моменты у них почти одинаковые (mн

2о=1,84D;mс2н5он=1,70D).

Значениядипольных моментов для некоторых полярных молекул:

молекула

молекула

Н2

1,82

Н2О

1,84

CO2

CH4;CCl4

О2

HCl

1,07

Н2S

0,93

SO2

1,61

CH3Cl

1,86

HBr

0,79

NН3

1,46

SO3

CH2Cl2

1,57

Cl2

0,38

PН3

0,55

SF6

CHCl3

1,15

Дипольныймомент полярной молекулы может изменять свою величину под действием внешнихэлектрических полей, а также под действием электрических полей других полярныхмолекул, однако при удалении внешних воздействий дипольный момент принимаетпрежнюю величину. Некоторые молекулы, неполярные в обычных условиях, могутполучать так называемый индуцированныйили “наведенный”дипольный момент, тоже исчезающий при снятии поля. Величина индуцированногомомента в первом приближении пропорциональна напряженности электрического поля E:mинд=ae0E, гдеa — коэффициент поляризуемости, [a]=м3,e0-электрическаяпостоянная.

Физико-химическиеособенности полярных молекул определяютсяих способностью реагировать на внешние электрические поля (электрическаяполяризация) и на поля, созданные другими полярными молекулами. В частности, засчет взаимодействия с полярными молекулами воды такие полярные молекулы, как HF, HCl и др.,могут подвергатьсяэлектролитической диссоциации.

Дополнительно используемая литература:

1.Общая и неорганическая химия. Карапетьян, Дракин

2. Теоретические основы общей химии. Горбунов, Гуров,Филиппов

еще рефераты

Еще работы по химии

Реферат по химии

Попутный и природный нефтяные газы

15 Июля 2015

Реферат по химии

Занимательные опыты по химии

29 Августа 2013

Реферат по химии

Бутлеров Александр Михайлович