Chemija · Pamoka
Elektrinis neigiamumas, ryšių poliškumas ir molekulių dipoliai
Atskirti nevienodą dalijimąsi elektronais ryšyje nuo bendrojo molekulės dipolinio momento. Remiantis kryptimi ir geometrija paaiškinti dipolinių momentų kompensavimą, kartu skiriant schemines rodykles nuo išmatuotų dipolinių momentų.
Grįžti į chemijos planąBaigę pamoką, galėsite
- Paaiškinti elektrinį neigiamumą ir dalinių krūvių žymėjimą ryšio modelyje.
- Sudėti vienodo dydžio ryšių rodykles, išdėstytas tiesiškai ir kampu.
- Nurodyti, ko scheminė vektorių suma neišmatuoja.
Kovalentinis ryšys gali būti polinis
Elektrinis neigiamumas apibūdina atomo polinkį pritraukti elektronų tankį cheminiame ryšyje pagal pasirinktą skalę ir kontekstą. Ryšiu susijungę atomai gali nevienodai dalytis elektronų tankiu. Aprašant polinį kovalentinį ryšį, daugiau elektronų turintį galą galima žymėti δ−, o mažiau elektronų turintį galą – δ+. Graikiška raidė δ žymi dalinį krūvį, nebūtinai joną su sveikaskaičiu krūviu.
Elektrinio neigiamumo skirtumai yra naudingas orientyras, o ne universali griežta riba tarp visų joninių ir kovalentinių ryšių. Formalieji krūviai Luiso rezonansinėje struktūroje nustatomi pagal kitą susitarimą. Tikrasis krūvio pasiskirstymas taip pat priklauso nuo molekulės būsenos ir aplinkos, todėl paprastas atomų žymenų palyginimas negali pateikti visų kiekybinių krūvių ar dipolinių momentų verčių.
Nurodykite sutartinę rodyklės kryptį
Chemijoje įprasta ryšio poliškumo rodyklė turi perbrauktą kotelį ties teigiamesniu galu ir yra nukreipta į neigiamesnį galą. Fizikoje elektrinio dipolio momento vektorius nukreiptas priešingai – nuo neigiamojo galo į teigiamąjį. Šio skyriaus diagramoje visur laikomasi chemijoje įprasto susitarimo. Prieš sudėdami rodykles iš skirtingų šaltinių, perskaitykite legendą.
Rodyklės kryptis ir jos modulis atlieka skirtingus vaidmenis. Kad būtų iliustruota vektorių sudėtis, diagramoje kiekvienai pavaizduotai ryšio rodyklei priskirtas vienas sutartinis vienetas. Šie pasirinkti vienodi ilgiai nelygina išmatuotų C–O ir O–H ryšių dipolinių momentų ir nėra vertės debajais. Dalinių krūvių ženklai ir pavaizduotų atomų dydžiai taip pat yra scheminiai.
Geometrija lemia krypčių derinį
Tiesinė, simetriška CO₂ molekulė turi du lygiaverčius C–O ryšius. Paprastoje schemoje su chemijoje naudojamomis rodyklėmis viena rodyklė nukreipta į kairę, deguonies link, o kita tokio pat ilgio rodyklė – į dešinę. Jų suma lygi nuliui. Taigi molekulė gali turėti polinius ryšius, bet neturėti nuolatinio molekulinio dipolio, kai ji aprašoma kaip izoliuota ir simetriška.
Vandens molekulė yra kampinė. Dvi vienodo ilgio O–H ryšių rodyklės pagal chemijoje įprastą susitarimą nukreiptos į deguonį ir sudaro kampą. Jų horizontaliosios dedamosios viena kitą kompensuoja, o dedamosios išilgai kampo pusiaukampinės susideda. Iliustracijoje naudojama geometrija su apytiksliu 104.5° kampu ir gaunama nenulinė vektorių suma. VSEPR kokybiškai paaiškina kampinį išsidėstymą, tačiau tiksliai neapskaičiuoja šio kampo skaitinės vertės.
Chemijoje taikomas susitarimas: skersiniu brūkšneliu pažymėta rodyklės uodega žymi labiau teigiamą galą, o smaigalys nukreiptas į labiau neigiamą galą.
Fizikoje elektrinio dipolio vektorius nukreiptas priešinga kryptimi – nuo neigiamo galo į teigiamą. Čia pavaizduotos rodyklės atitinka chemijoje taikomą susitarimą.
Šiame palyginime kiekvienai ryšio rodyklei priskiriamas vieno sutartinio vieneto ilgis. Svarbu, kad kiekvienos molekulės rodyklės būtų vienodo ilgio; šiais pasirinktais ilgiais nelyginami išmatuoti C–O ir O–H ryšių dipoliniai momentai. Šioje paprastoje konstrukcijoje atstojamasis vektorius yra rodyklių suma.
Vandens molekulės kampas yra apytikslis. VSEPR padeda paaiškinti kampinę formą, bet tiksliai šio kampo neapskaičiuoja. Branduoliai, jungtys, dydžiai ir atstumai pavaizduoti schemiškai; nepasidalijusios elektronų poros ir elektronų tankio pasiskirstymas nepavaizduoti.
Žymos δ+ ir δ− nurodo dalinių krūvių ženklus. Jos nenurodo nei pilnų jonų krūvių, nei išmatuotų atomų krūvių verčių.
CO₂: vienodo ilgio, priešingų krypčių ryšių rodyklės viena kitą panaikina. H₂O: vienodo ilgio ryšių rodyklės sudaro kampą, todėl jų horizontaliosios dedamosios viena kitą panaikina, o dedamosios išilgai kampo pusiaukampinės susideda. Tai kokybiškai paaiškina, kodėl vienu atveju suma lygi nuliui, o kitu – ne; visas molekulės dipolinis momentas priklauso nuo viso krūvio pasiskirstymo.
| Rodyklė modelyje | x komponentė | y komponentė | Modulis |
|---|---|---|---|
| CO₂: kairiojo O link | -1 | 0 | 1 |
| CO₂: dešiniojo O link | 1 | 0 | 1 |
| CO₂: suma | 0 | 0 | 0 |
| H₂O: nuo dešiniojo H link O | -0.791 | 0.612 | 1 |
| H₂O: nuo kairiojo H link O | 0.791 | 0.612 | 1 |
| H₂O: suma | 0 | 1.224 | 1.224 |
Pasirinkus šią koordinačių sistemą, +x kryptis yra į dešinę, o +y – aukštyn išilgai vandens molekulės kampo pusiaukampinės. Čia komponentės suapvalintos; modelio duomenyse išlaikyta tiksli konstrukcija, pagrįsta sinusu ir kosinusu. Visos čia pateiktos vektorių vertės išreikštos sąlyginiais vienetais, niekada – debajais.
Tiesiniame anglies dioksido modelyje dvi vienodos cheminius ryšius vaizduojančios rodyklės nukreiptos priešingomis kryptimis į deguonį. Jų suma lygi nuliui. Kampinėje vandens molekulėje dvi vienodos rodyklės nukreiptos į deguonį; jų horizontaliosios komponentės kompensuojasi, o aukštyn nukreiptos komponentės sumuojasi. Rodyklės yra scheminės, jos nėra išmatuoti dipoliniai momentai.
Molekulinį dipolį lemia visas krūvio pasiskirstymas
Paprasta ryšių rodyklių suma padeda paaiškinti simetriją ir kokybinį kompensavimą. Visas molekulinis dipolis priklauso nuo viso krūvio pasiskirstymo, įskaitant visus branduolius ir elektronus. Jis nebūtinai gaunamas sudedant du savavališkai pasirinktus nepriklausomus ryšių dipolinius momentus. Tikrajam moduliui nustatyti reikia tinkamų duomenų arba apibrėžto elektroninės struktūros skaičiavimo.
Kad dedamosios viena kitą kompensuotų, turi derėti ne tik jų kryptys, bet ir moduliai. Dviejų priešingomis kryptimis orientuotų ryšių dipoliniai momentai nebūtinai vienas kitą kompensuoja, jei skiriasi jų elektroninė aplinka. Nuolatinio dipolio neturinti molekulė vis tiek gali būti poliarizuojama ir sąveikauti su aplinkiniais laukais. Vėlesnėse tarpmolekulinių sąveikų ir spektroskopijos pamokose šie skirtumai siejami su stebėjimais.
Išnagrinėti pavyzdžiai
Sudėkite vienodo ilgio priešingas chemines rodykles
Scheminiame tiesinės CO₂ molekulės modelyje dviejų rodyklių koordinatės sutartiniais vienetais yra (−1, 0) ir (1, 0). Kokia jų suma?
- Sudėkite horizontaliąsias dedamąsias: −1 + 1 = 0.
- Sudėkite vertikaliąsias dedamąsias: 0 + 0 = 0.
- Kompensacijos prielaidomis ir toliau laikykite vienodus modulius ir priešingas kryptis.
Suma yra (0, 0). Tai išreiškia kompensaciją nurodytame simetriškame modelyje, o ne atskirų ryšių dipolinių momentų matavimo rezultatą.
Pabandykite patys
Ar polinius ryšius turinčios molekulės nuolatinis dipolinis momentas gali būti lygus nuliui?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Taip, jei išsidėstymas yra tinkamai simetriškas.
Vienodo dydžio priešingų krypčių indėliai gali kompensuoti vienas kitą, kaip nurodytame tiesinės CO₂ molekulės pavyzdyje.
Ar δ− būtinai reiškia visą −1 joninį krūvį?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Šis žymuo nurodytame modelyje žymi dalinio krūvio ženklą, nepriskiriant viso to sveikuoju skaičiumi išreikšto krūvio.
Į kurią pusę šioje diagramoje nukreipta cheminė rodyklė su perbrauktu galu?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Į neigiamesnį galą.
Perbrauktas rodyklės galas žymi teigiamesnį galą. Pagal fizikoje taikomą susitarimą elektrinio dipolinio momento vektorius nukreiptas priešingai.
Ar vandens diagramoje pateikta suma sąlyginiais vienetais nusako jo išmatuotą dipolinį momentą debajais?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Ši schema iliustruoja geometriją ir kompensavimąsi. Tikrasis molekulės dipolinis momentas priklauso nuo viso krūvio pasiskirstymo.
Ką verta įsidėmėti
- Atskirkite ryšio poliškumą nuo molekulės dipolinio momento.
- Interpretuokite sutartinį rodyklių ir dalinių krūvių žymėjimą.
- Kompensavimasis priklauso ir nuo geometrijos, ir nuo modulių.
- Atskirkite iliustracines rodyklių sumas nuo išmatuotų molekulių dipolinių momentų.
Šaltiniai
Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.
- Chemija, 2-asis leidimas, 7.2 Kovalentinis ryšysChemistry 2e, 7.2 Covalent BondingŽinynas
- Chemija, 2-asis leidimas, 7.6 Molekulių sandara ir poliškumasChemistry 2e, 7.6 Molecular Structure and PolarityŽinynas
- Chemija, I dalis, XI klasė, 4 skyrius: Cheminiai ryšiai ir molekulių sandaraChemistry Part I, Class XI, Unit 4: Chemical Bonding and Molecular StructureŽinynas · PDF