Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Результат сложения зависит от структуры молекулы. Например, молекула СОг имеет симметричное линейное строение: б- гб+ бО~С=-О 'гсо Поэтому, хотя связи С=О и имеют сильно полярный характер, вследствие взаимной компенсации их электрических моментов диполя молера .сула СОг в целом неполярна (д = О). По этой же причине неполярны ся лсокосимметричные тетраэдрические молекулы СНл, СГы октздричес ская молекула ЯГе и т.д. сов Напротив, в угловой молекуле НгО полярные связи О Н располага,тся под углом 104,5'. Поэтому их моменты взаимно не компенсируются и молекула оказывается полярной (р = 0,61 ° 10 гэ Кл м): Электрическим моментом диполя обладают также угловая молекула БОг. пирамидальные молекулы ННг.
НГг и т.д. Отсутствие такого момента свпдетельствувт о высоко симметричной структуре молекулы, нсьчичие электрического момента диполя — о несимметричности структуры молекулы (табл. 10). еЗэектрический момент диполя иногда выражают в небаях (Р)1 1Р = О,ЗЗЗ.1О К 97 Т а б л и ц а 10. Строение и ожидаемая полтдиюсть молекул Тип Пространственная конфигурация Ожидаемая полярность Примеры Гантелевидная е Неполярная Полярная Неполярная Полярная е Неполярнзя Полярная о Неполярная о Полярная Неполярная АВ АВс АВ, 1Г5 ВГз УУГб 1Г, Полярная Неполярная о На значение электрического момента диполя молекулы сильно влияют несвязывающие электронные пары.
Например, молекулы ХНз и ХГз имеют одинаковую тригонально-пирамидальную форму, полярность связей Х вЂ” Н и Х вЂ” Г также примерно одинакова. Однако электрический момент диполя ХН5 равен 0,49 10 зэ Кл.м, а ХГ5 — всего 5) !5 0,49 10 тэКюм !в-0,07 !0 ~Кл м Р и с. 66. Сложение электрических моментов диполя связывающих и несвязывающих электронных пар мо- лекул ХНз и ХГз 98 Аг АВ АВт АВг АВ С АВз АВ5 АВ5 АВ5 АВ5 АВя АВ5 Линейная Угловая Линейная Плоскотреугольная Тригонально-пирамидзльная Т-образная Тетрзэдрическая Плоскоквадратная Искзженнотетраэдрическзя Тригонально-бипирамидвльная Квадратно-пирамидальная Октзэдрическая Пентагонально бипирами- дальная Нъ С1ъ Хг НС1, С1Г СОъ СЯъ ВеС!г(г) Н20, ЗОъ ХО2 СО8, НСХ ВС!5, 805 ХНъ РС!5, ХГ5 С!Гз, вгр СН,, СС!4, 35Г5 ХеГ5 БГо ТеС!5 РГ5, РС15 (г) 0,07 10 тз Кл м. Это объясняется тем, что в ХНз направление электрического момента диполя связывающей Х-Н и несвязывающей электронной пары совпадает и при векторном сложении обусловливает большой электрический момент диполя.
Наоборот, в ХГ5 моменты связей Х вЂ” Г и электронной пары направлены в противоположные стороны, поэтому при сложении они частично компенсируются (рис. 86). Зная экспериментальные значения момента диполя, можно рассчитать полярность связей и эффективные заряды атомов.
В простейшем случае ,(( двухатомных молекул можно приближенно считать„что центры тяжести заря— дов совпадают с ядрами, т.е. ! равно межъядерному расстоянию или длине связи. Так, в молекуле НС1 межъядерное расстояние составляет 5! = 0,127 нм. Если бы хлорид водорода был чисто ионным соединением (д равно заряду электрона 1,6 10 5э Кл), то его момент диполя был бы равен д = 1,6 10 'э Кл 1,27 10 5о и = 2,032 10 тз Кл м. В действительности же момент днполя газообразного хлорида водорода равен 0,347 10 тэ Кл и.
Зто составляет примерно 1875 от значения, рассчитан— ного в предположении ионного характера связи. Таким образом, эффективные заряды на атомах Н и С1 в молекуле НС! равны 0,18з абсолютного заряда электрона. Значения электрических моментов диполя некоторых молекул приведены в , Ъ табл. 11. Т а б л и ц а 11. Электрический момент диполя р вякоторь5х молекул Мгновенные и иидукцироввиные диполи.
Молекула представляет собой динамическую систему, в которой происходит постоянное движение электронов и колебание ядер. Поэтому распределение зарядов в ней не может быть строго постоянным. Например, молекулу С!т относят к неполярным: значение ее электрического момента диполя равно 99 нулю.
Однако в каждый данный момент происходит временное смещен+ д- Ю- д+ ние зарядов к одному из атомов хлора: С! — ь С! или С! — + С! с образованием линовенныз жикродиполсй. Поскольку подобное смещение зарядов к любому из атомов равновероятно, среднее распределение зарядов как раз и соответствует среднему нулевому значению момента диполя. Для полярных молекул значение момента диполя в каждый данный момент времени несколько болыпе или несколько меньше его среднего значения. Направление и величина мгновенного диполя подвержены непрерывным колебаниям и по направлению он может не совпадать с направлением постоянного момента диполя. Таким образом, любую неполярную и полярную молекулу можно рассматривать как совокупность периодических очень быстро меняющихся по величине и направлению мгновенных микродиполей. Под действием внешнего электрического поля молекула поляризуется, т.е. в ней происходит перераспределение зарядов, и молекула приобретает новое значение электрического момента диполя.
При этом неполярные молекулы могут превратиться в полярные, а полярные становятся еще более полярными. Иначе говоря, под действием внешнего электрического поля в молекулах индуцируется диполь, называемый наасдснныж или индуцироааниыль В отличие от постоянных и мгновенных наведенные (индуцированные) диполи существуют лишь при действии внешнего электрического поля. После прекращения действия поля наведенные диполи исчезают. Полярностью и поляризуемостью молекул обусловлено межмолекулярное взаимодействие.
Г Л А В А 4. ИОННАЯ СВЯЗЬ. НЕВАЛЕНТНЫЕ ТИПЫ СВЯЗИ ! 1. ИОННАЯ СВЯЗЬ Природу ионной связи, структуру и свойства ионных сбединений можно объяснить электростатическим взаимодействием ионов. Способ'- ность элементов образовывать простые ионы обусловлена электронной структурой их атомов. Эту способность можно оценить энергией ионизации и сродством атомов к электрону. Понятно, что легче всего образуют катионы элементы с малой энергией ионизации — щелочные и щелочно-земельные металлы. Образование же в условиях обычных химических превращений простых катионов других элементов менее вероятно, так как это связано с затратой большой энергии на ионизацию атомов.
100 Простые анионы легче всего образуют р-элементы х'П группы вследствие их высокого сродства к электрону. Присоединение одного электрона к атомам кислорода, серы, углерода, некоторым другим элементам сопровождается выделением энергии. Присоединение же последующих электронов с образованием свободных многозарядных простых анионов места не имеет (см. табл. 6), поэтому соединения, состоящие из простых ионов, немногочисленны. Они легче всего образуются при взаимодействии щелочных и щелочно-земельных металлов с галогенами.
Однако и в этом случае электронная плотность 1 между ионами не равна нулю, поэтому можно говорить лишь о преимущественном проявлении ионной связи. Радиусы же одноатомных многозарядных ионов представляют собой чисто условные величины. Представление о ионных кристаллах — это идеализированная модель. Неваиравяеввосчь и невасыщанмость ионной связи. Электрические заряды ионов обусловливают их притяжение и отталкивание и в целом определяют стехиометрический состав соединения.
Ионы можно представить как заряженные шары, силовые поля которых равномерно распределяются во всех направлениях в пространстве. Поэтому каждый ион может притягивать к себе ионы противоположного знака в любом направлении. Иначе говоря, ионная связь в отличие от ковалентной характеризуется нснапраалснностью.
+ Понятно, что взаимодействие друг с другом двух ионов противоположного знака не может привести к полной взаимной компенсации их сило- вых полей (рис. 56). В силУ этого У ческих силовых полей двух разноних сохраняется способность притя- именных ионов гивать ионы противоположного знака и по другим направлениям. Следовательно, в отличие от ковалентной ионная связь характеризуется также нснасыигасжастью. Структура ионных соединений.
Вследствие ненаправленности и ненасыщаемости ионной связи энергетически наиболее выгодно, когда каждый ион окружен максимальным числом ионов противоположного знака. Однако из-за отталкивания одноименных ионов друг от друга устойчивость системы достигается лишь при определенной взаимной координации ионов. В отличие от ковалентных соединений координационное число (к.ч.) в "чистоп ионных соединениях не зависит от специфики электронной структуры элементов, а определяется соотношением размеров 101 ®и ~ 5)!с!- Юс! Р и с. 58. Структурный тип хло- рида цезия СаС! Р и с. 57.
Структурный тип хло- рида натрия 51аС! ионов. Так, при соотношении ионных радиусов в пределах О, ах 0,41 — 0,73 имеет место октаэдрическая координация ионов, при соотношении 0,73 — 1,37 — кубическая координация и т.д. Например, при взаимодействии ионов Ма' (г, = 0,098 нм) и С1 (г = 0,181 нм), соотношение значений радиусов которых равно 0,54, возникает октаэдрическая координация (рис.
57). Подобная взаимная координация ионов дости— гается при образовании простой кубической кристаллической решетки , хлорида натрия (рис. 57). Соотношение ионных радиусов Сз' (г = О 165 нм) и С! (г = 0,181 нм) равно 0,91, что соответствует кубической координации (рис. 58). Таким образом, в обычных условиях ионные соединения представляют собой кристаллические вещества. Поэтому для ионных соединений понятие простых двухионных молекул типа ХаС! и СзС1 теряет смысл. Каждый кристалл состоит из огромного числа ноно: Х о в: Ха С! и Са„С!о. 8 2. МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ Существенные сведения о природе химической связи в металлах можно получить на основании их двух характерных особенностей по сравнению с ковалентными и ионными соединениями. Металлы, во- 102 первых, отличаются от других веществ высокой электрической проводимостью и теплопровод— постыл, во-вторых, в обычных условилх являются кристаллическими веществами (за исключением ртути) с высокими координационными числами атомов (рис.
59), Из первого характерного свойства металла объеь! к Р и с. 59. Взаимная коследует, что по крайней мере часть электронов может передвигаться по всему объему куска металла. Из втоРого свойства металлов следУет, кр что их атомы не связаны друг с другом локализованными двухэлектронными связями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
