Polaritatea legăturilor chimice

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 10 iulie 2020; verificările necesită 2 modificări .

Polaritatea legăturilor chimice  este o caracteristică a unei legături chimice (de obicei covalente ), care arată o modificare a distribuției densității electronilor în spațiul din jurul nucleelor ​​în comparație cu distribuția densității electronilor în atomii neutri care formează această legătură .

Este posibilă cuantificarea polarității unei legături dintr-o moleculă. Dificultatea unei evaluări cantitative precise constă în faptul că polaritatea legăturii depinde de mai mulți factori: de mărimea atomilor și ionilor moleculelor de legătură; din numărul și natura legăturii pe care atomii de legătură o aveau deja înainte de interacțiunea lor dată; asupra tipului de structură și chiar asupra trăsăturilor defectelor din rețelele lor cristaline . Astfel de calcule se fac prin diferite metode, care dau în general aproximativ aceleași rezultate (valori). De exemplu, pentru HCl , s-a descoperit că fiecare dintre atomii din această moleculă are o sarcină egală cu 0,17 din sarcina unui electron întreg . Pe atomul de hidrogen +0,17, iar pe atomul de clor -0,17.

Așa-numitele sarcini efective ale atomilor sunt cel mai adesea folosite ca măsură cantitativă a polarității legăturilor.

Sarcina efectivă este definită ca diferența dintre sarcina electronilor situati într-o regiune a spațiului din apropierea nucleului și sarcina nucleului. Cu toate acestea, această măsură are doar o semnificație condițională și aproximativă [relativă], deoarece este imposibil să se evidențieze fără ambiguitate o regiune dintr-o moleculă care aparține exclusiv unui singur atom și, în cazul mai multor legături, unei anumite legături.

Prezența unei sarcini efective poate fi indicată prin simbolurile sarcinilor atomilor (de exemplu, H δ+  - Cl δ− , unde δ este o fracțiune din sarcina elementară) (O δ− =C 2δ+ =O δ − ), H δ+ —O 2δ− -H δ+ .

Aproape toate legăturile chimice, cu excepția legăturilor din moleculele homonucleare diatomice, sunt polare într-un grad sau altul. Legăturile covalente sunt de obicei slab polare. Legăturile ionice  sunt extrem de polare.

Taxa efectivă

O analiză a spectrului de raze X face posibilă determinarea sarcinilor efective ale atomilor și, în consecință, a tipului de legătură chimică din compuși. Pentru a face acest lucru, comparați locația liniilor spectrului de raze X ale atomilor liberi și compușii acestora. Dacă un atom dintr-un compus are o sarcină efectivă corespunzătoare δ, atunci liniile spectrului se dovedesc a fi deplasate în comparație cu spectrele unui atom liber. Prin mărimea deplasării liniilor spectrale , δ este determinată de metodele de calcul adecvate.

Valorile lui δ determinate prin diferite metode diferă semnificativ. Valorile lui δ prezentate aici ne interesează din punctul de vedere al ilustrării tendinței generale de modificare a acestora într-o serie de compuși de același tip.

Sarcini efective O ale oxizilor elementelor din perioada a 2-a, a 3- a și grupa I de PSCE
Oxid Încărca Oxid Încărca Oxid Încărca
Li2O _ _ 0,80− Na2O _ _ 0,81− Li2O _ _ 0,80−
BeO 0,35− MgO 0,42− Na2O _ _ 0,81−
B2O3 _ _ _ 0,24− Al2O3 _ _ _ 0,31− K2O _ _ 0,89−
CO2 _ 0,11− SiO2 _ 0,23− Rb2O _ _ 0,92−
N2O5 _ _ _ 0,05− P2O5 _ _ _ 0,13− Cs2O _ _ 0,96−
OO 2 SO 3 0,06−
DIN 2 Cl2O7 _ _ _ 0,02− (0,01−)
Sarcini efective δ ale atomilor unor compuși
Substanţă Atomul și starea lui de oxidare Sarcina δ Component chimic Atomul și starea lui de oxidare δ
HF BUNĂ) 0,40+ Cr[(CO) 6 ] cr(0) 0,4+
acid clorhidric BUNĂ) 0,18+ CrCl2 _ Cr(II) 1,9+
NaF Na(I) 0,98+ CrCl 3 Cr(III) 1,2+
NaCl Na(I) 0,92+ [Cr( NH3 ) 6 ] CI3 Cr(III) 1,2+
NaBr Na(I) 0,83+ K2CrO4 _ _ _ Cr(VI) 0,2+
NaI Na(I) 0,75+ K2Cr2O7 _ _ _ _ _ Cr(VI) 0,1+
MgCl2 _ Mg(II) 1,50+ KMnO 4 Mn(VII) 0,3+
MgBr2 _ Mg(II) 1,38+ CaSO4 _ S(VI) 0,4+
MgO Mg(II) 1.01+ KClO3 _ Cl(V) 0,7+
MgS Mg(II) 1,05+ K 3 [Fe(CN) 6 ] Fe(III) 1.0+
SiO2 _ Si(IV) 1,97+ OsO2 _ Os(IV) 0,8+
SiS 2 Si(IV) 1,69+ K 2 [OsO 4 ] Os(VI) 0,8+
Co( NO3 ) 2 Co(II) 1,20+ K[OsO 3 N] Os(VIII) 1.0+
I (−1), periferic 0,5− B2H6 _ _ _ B(III) 0,22+
CL(−1) 0,55− B2H6 _ _ _ H (I), cu punte 0,22−
I (+1), central 0,11+ XEF 2 F(I) 0,5−
[•C≡N:] − [•N≡C:] − / • [1]

După cum se poate observa din tabel, starea de oxidare a unui element dintr-un compus nu coincide ca valoare cu sarcina [eficientă] rezultată asupra atomului. Acest lucru este evidențiat și de studiul energiei de legare a electronului 1s al azotului în funcție de sarcina efectivă a atomului. Deci, cu starea de oxidare a azotului +5 în NaNO 3, atomul de azot are o sarcină efectivă de numai 0,4+

( = 0,6−; = 0,55− ; = 0,5−; = 0,3− ; = 0,05+; = 0,1+ ; = 0,15+;). Cu starea de oxidare a fierului 0 și +2 în compușii Fe(CO) 5 și Fe(C 6 H 5 ) 2 sarcina efectivă a atomului de fier din acești compuși este aproape de 1+

((δ) = 0,5+; = 0,9+; • 12H 2 O = 1,5+; = 1,8+ ; = 1,9+, cu o tendință generală de creștere direct proporțională a valorilor energiei de legare ).

Valorile sarcinilor relative efective obținute prin diferite metode ( spectroscopie optică , RMN , bazate tot pe calcule chimice cuantice ) pot diverge. Cu toate acestea, valorile disponibile ale lui δ indică faptul că atomii din compușii cu sarcini mari nu au [corespunzător sarcinii absolute a electronului ] și nu există compuși pur ionici.

Dipoli instantanei și induși.

O moleculă este un sistem dinamic în care există o mișcare constantă a electronilor și o oscilație a nucleelor. Prin urmare, distribuția taxelor în ea nu poate fi strict constantă. De exemplu, molecula de Cl 2 este clasificată ca nepolară: valoarea momentului său dipol electric este zero. Totuși, în fiecare moment dat are loc o deplasare temporară a sarcinilor către unul dintre atomii de clor: Cl δ+ → Cl δ− sau Cl δ− ← Cl δ+ cu formarea instantanee de microdipoli . Deoarece o astfel de deplasare a sarcinilor către oricare dintre atomi este la fel de probabilă, distribuția medie a sarcinii corespunde exact cu valoarea medie zero a momentului dipol.

Pentru moleculele polare, valoarea momentului dipol la un moment dat de timp este ceva mai mare sau ceva mai mică decât valoarea sa medie. Direcția și mărimea dipolului instantaneu sunt supuse fluctuațiilor continue în momentul constant al dipolului. Astfel, orice moleculă nepolară și polară (și un atom din ea) poate fi considerată ca un set de microdipoli periodici, care se schimbă foarte rapid în mărime și direcție instantanee.

Sub acțiunea unui câmp electric extern, molecula este polarizată , adică sarcinile sunt redistribuite în ea, iar molecula capătă o nouă valoare a momentului electric al dipolului. În acest caz, moleculele nepolare se pot transforma în polare, iar cele polare devin și mai polare. Cu alte cuvinte, sub acțiunea unui e-mail extern. câmpuri în molecule, un dipol este indus, numit indus sau indus . Spre deosebire de constanți și instantanei, dipolii induși (induși) există numai sub acțiunea unui câmp electric extern. După terminarea câmpului, dipolii induși dispar. Polaritatea și polarizabilitatea moleculelor determină interacțiunea intermoleculară .

Note

  1. ↑ Aici semnele denotă sarcinile formale, adică valorile întregi ​​−1 și +1 (vezi sarcina formală ).

Vezi și

Surse

 Chimie structurală
legătură chimică
Afișarea structurii
Proprietăți electronice
Stereochimie
 legătură chimică

Interacțiune intramoleculară
legătură covalentă
legătură simplă
Legătură multiplă
Legătură de coordonare
Alte
Alte

Interacțiunea intermoleculară