โมเลกุลมีขั้วและไม่มีขั้ว อิเล็กโทรเนกาติวีตี้

โมเลกุลจะมีขั้วถ้าจุดศูนย์กลางของประจุลบไม่ตรงกับจุดศูนย์กลางของประจุบวก โมเลกุลดังกล่าวเป็นไดโพล: ประจุสองอันที่มีขนาดเท่ากันและมีเครื่องหมายตรงข้ามจะถูกแยกออกจากกันในอวกาศ

ไดโพลมักจะแสดงด้วยสัญลักษณ์โดยที่ลูกศรชี้จากปลายบวกของไดโพลไปยังปลายลบ โมเลกุลมีโมเมนต์ไดโพล ซึ่งเท่ากับปริมาณประจุคูณด้วยระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางประจุ:

โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลสามารถวัดได้ ค่าที่พบบางส่วนจะได้รับในตาราง 1.2. ค่าของโมเมนต์ไดโพลทำหน้าที่เป็นตัววัด ขั้วสัมพัทธ์โมเลกุลต่างๆ

ตารางที่ 1.2 (ดูการสแกน) โมเมนต์ไดโพล

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าโมเลกุลนั้นมีขั้วหากเพียงพันธะในนั้นเท่านั้นที่มีขั้ว เราจะพิจารณาขั้วของพันธะเนื่องจากขั้วของโมเลกุลสามารถถือเป็นผลรวมของขั้วของพันธะแต่ละอันได้

โมเลกุลเช่นนี้มีโมเมนต์ไดโพลเป็นศูนย์ กล่าวคือ พวกมันไม่มีขั้ว แน่นอนว่าอะตอมที่เหมือนกันสองอะตอมในโมเลกุลใดๆ ข้างต้นมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้เท่ากันและมีอิเล็กตรอนเท่ากัน ประจุเป็นศูนย์ ดังนั้น โมเมนต์ไดโพลจึงเป็นศูนย์ด้วย

โมเลกุลประเภทมีโมเมนต์ไดโพลขนาดใหญ่ แม้ว่าโมเลกุลของไฮโดรเจนฟลูออไรด์จะมีขนาดเล็ก แต่ฟลูออรีนแบบอิเลคโตรเนกาติตีจะดึงดูดอิเล็กตรอนอย่างรุนแรง แม้ว่าระยะทางจะน้อย แต่ประจุก็มาก ดังนั้นโมเมนต์ไดโพลจึงมีมากเช่นกัน

มีเทนและคาร์บอนเตตราคลอไรด์มีโมเมนต์ไดโพลเป็นศูนย์ พันธะเดี่ยวๆ อย่างน้อยก็ในคาร์บอนเตตราคลอไรด์จะมีขั้ว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความสมมาตรของการจัดเรียงจัตุรมุข พันธะทั้งสองจึงหักล้างกัน (รูปที่ 1.9) ในเมทิลคลอไรด์ ขั้วของพันธะคาร์บอน-คลอรีนไม่ได้รับการชดเชย และโมเมนต์ไดโพลของเมทิลคลอไรด์จึงเป็นเช่นนั้น ดังนั้น ขั้วของโมเลกุลจึงไม่เพียงขึ้นอยู่กับขั้วของพันธะแต่ละพันธะเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับทิศทางของพันธะด้วย กล่าวคือ รูปร่าง ของโมเลกุล

โมเมนต์ไดโพลของแอมโมเนียมีค่าเท่ากับ ถือได้ว่าเป็นโมเมนต์ไดโพลรวม (ผลรวมเวกเตอร์) ของสามโมเมนต์ของแต่ละพันธะซึ่งมีทิศทางแสดงในรูป

ข้าว. 1.9. โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลบางชนิด ขั้วของพันธะและโมเลกุล

ในทำนองเดียวกัน เราสามารถพิจารณาโมเมนต์ไดโพลของน้ำได้เท่ากับ

ควรคาดหวังโมเมนต์ไดโพลใดสำหรับไนโตรเจนไตรฟลูออไรด์ซึ่งมีโครงสร้างเสี้ยมเช่นเดียวกับแอมโมเนีย ฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตมากที่สุด และแน่นอนว่ามันดึงอิเล็กตรอนจากไนโตรเจนอย่างรุนแรง ดังนั้น พันธะไนโตรเจน-ฟลูออรีนจะต้องมีขั้วสูงและผลรวมเวกเตอร์ต้องมีขนาดใหญ่ ซึ่งมากกว่าพันธะแอมโมเนียที่มีพันธะไม่มีขั้วมากนัก

การทดลองให้อะไร? โมเมนต์ไดโพลของไนโตรเจนไตรฟลูออไรด์มีค่าเท่ากับเท่านั้น ซึ่งน้อยกว่าโมเมนต์ไดโพลของแอมโมเนียอย่างมาก

จะอธิบายข้อเท็จจริงนี้ได้อย่างไร? การอภิปรายข้างต้นไม่ได้คำนึงถึงอิเล็กตรอนคู่เดียว B (ดังเช่นในคู่นี้ตรงบริเวณ -orbital และการมีส่วนร่วมของมันต่อโมเมนต์ไดโพลควรมีทิศทางตรงกันข้ามเมื่อเปรียบเทียบกับโมเมนต์รวมของพันธะไนโตรเจน-ฟลูออรีน (รูปที่ 1.10) โมเมนต์ของเครื่องหมายตรงกันข้ามเหล่านี้เห็นได้ชัดว่ามีประมาณเดียวกัน และผลก็คือมีโมเมนต์ไดโพลเล็กๆ ซึ่งไม่ทราบทิศทางในแอมโมเนีย โมเมนต์ไดโพลอาจถูกกำหนดโดยคู่อิเล็กตรอนอิสระนี้เป็นหลัก และจะเพิ่มขึ้นด้วยผลรวมของโมเมนต์พันธะ อิเล็กตรอนคู่เดียวควรมีส่วนทำให้เกิดโมเมนต์ไดโพลของน้ำ และแน่นอนว่ารวมถึงโมเลกุลอื่นๆ ที่มีอยู่ด้วย

ขึ้นอยู่กับค่าของโมเมนต์ไดโพลสามารถรับข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับโครงสร้างของโมเลกุลได้ ตัวอย่างเช่น โครงสร้างใดๆ ของคาร์บอนเตตระคลอไรด์ที่ส่งผลให้เกิดโมเลกุลเชิงขั้วสามารถตัดออกได้เฉพาะตามขนาดของโมเมนต์ไดโพลเท่านั้น

ข้าว. 1.10. โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลบางชนิด การมีส่วนร่วมของอิเล็กตรอนคู่เดียว โมเมนต์ไดโพลที่เกิดจากอิเล็กตรอนคู่เดียวมีทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของเวกเตอร์รวมของโมเมนต์พันธะ

ดังนั้น โมเมนต์ไดโพลจึงยืนยันโครงสร้างจัตุรมุขของคาร์บอนเตตราคลอไรด์ (แม้ว่าจะพิสูจน์ไม่ได้ก็ตาม เนื่องจากโครงสร้างอื่นที่เป็นไปได้ที่จะผลิตโมเลกุลที่ไม่มีขั้วเช่นกัน)

ปัญหา 1.4. โครงสร้างใดที่เป็นไปได้ด้านล่างซึ่งมีโมเมนต์ไดโพลเป็นศูนย์ด้วย ก) คาร์บอนตั้งอยู่ตรงกลางสี่เหลี่ยมตรงมุมที่มีอะตอมของคลอรีน ข) คาร์บอนตั้งอยู่ที่ด้านบนของปิรามิดทรงสี่หน้า และอะตอมของคลอรีนอยู่ที่มุมของฐาน

ปัญหา 1.5. แม้ว่าพันธะคาร์บอน-ออกซิเจนและโบรอน-ฟลูออรีนจะต้องมีขั้ว แต่โมเมนต์ไดโพลของสารประกอบจะเป็นศูนย์ เสนอการจัดเรียงอะตอมของสารประกอบแต่ละชนิดที่สร้างโมเมนต์ไดโพลเป็นศูนย์

สำหรับสารประกอบส่วนใหญ่ โมเมนต์ไดโพลไม่เคยมีการวัดมาก่อน ขั้วของสารประกอบเหล่านี้สามารถทำนายได้ตามโครงสร้างของพวกมัน ขั้วของพันธะถูกกำหนดโดยอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอม หากทราบมุมระหว่างพันธะก็จะสามารถกำหนดขั้วของโมเลกุลได้โดยคำนึงถึงคู่อิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ด้วย

เมื่อพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่ไม่เหมือนกัน อิเล็กตรอนคู่พันธะจะเลื่อนไปทางอะตอมที่มีประจุไฟฟ้ามากกว่า สิ่งนี้นำไปสู่การโพลาไรเซชันของโมเลกุล ดังนั้นโมเลกุลไดอะตอมมิกทั้งหมดที่ประกอบด้วยองค์ประกอบที่ไม่เหมือนกันจึงกลายเป็นขั้วในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น ในโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้น ขั้วยังขึ้นอยู่กับรูปทรงของโมเลกุลด้วย เพื่อให้ขั้วปรากฏ จำเป็นที่ศูนย์กลางการกระจายประจุบวกและประจุลบไม่ตรงกัน

ในโมเลกุล CO 2 พันธะคาร์บอน-ออกซิเจนจะมีขั้ว และอะตอมของคาร์บอนมีประจุบวกที่แน่นอน และอะตอมของออกซิเจนแต่ละอะตอมมีประจุลบเท่ากัน ดังนั้นจุดศูนย์กลางของประจุบวกจึงมุ่งไปที่อะตอมของคาร์บอน เนื่องจากอะตอมออกซิเจนตั้งอยู่บนเส้นตรงเดียวกัน แต่ทั้งสองด้านของอะตอมคาร์บอน (โมเลกุลเชิงเส้น) อยู่ในระยะห่างเท่ากัน ประจุบวกจึงทำให้เป็นกลาง ดังนั้นแม้จะมีขั้วของแต่ละพันธะใน CO2 แต่โมเลกุลทั้งหมดโดยรวมก็ไม่มีขั้วและเหตุผลก็คือ

ข้าว. 434.ตัวอย่างของโครงสร้างและขั้วของโมเลกุลคือโครงสร้างเชิงเส้น ในทางตรงกันข้าม โมเลกุล S=C=0 นั้นมีขั้ว เนื่องจากพันธะคาร์บอน-ซัลเฟอร์และคาร์บอน-ออกซิเจนมีความยาวและขั้วต่างกัน ในรูป รูปที่ 4.34 แสดงโครงสร้างและขั้วของโมเลกุลบางชนิด

จากตัวอย่างข้างต้น จะตามมาว่าหากอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่ติดอยู่กับอะตอมกลางนั้นเหมือนกันหรืออยู่ในตำแหน่งที่สัมพันธ์กันแบบสมมาตร (เชิงเส้น สามเหลี่ยมแบน จัตุรมุข และโครงสร้างอื่น ๆ ) โมเลกุลนั้นก็จะไม่มีขั้ว หากมีหมู่ที่ไม่เท่ากันติดอยู่กับอะตอมกลางหรือมีการจัดเรียงหมู่ไม่สมมาตร โมเลกุลเหล่านั้นจะมีขั้ว

ประจุที่มีประสิทธิผลของอะตอมในโมเลกุลมีความสำคัญเมื่อพิจารณาถึงพันธะขั้วโลก ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุล HC1 เมฆอิเล็กตรอนที่มีพันธะจะเลื่อนไปทางอะตอมคลอรีนที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากขึ้น ซึ่งส่งผลให้ประจุของนิวเคลียสไฮโดรเจนไม่ได้รับการชดเชย และบนอะตอมของคลอรีน ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะมากเกินไปเมื่อเทียบกับประจุของ นิวเคลียสของมัน ดังนั้นอะตอมไฮโดรเจนจึงมีขั้วบวก และอะตอมของคลอรีนจึงมีขั้วลบ อะตอมไฮโดรเจนมีประจุบวก และอะตอมคลอรีนมีประจุลบ ประจุ 8 นี้เรียกว่าประจุประสิทธิผล โดยปกติแล้วจะสร้างขึ้นจากการทดลอง ดังนั้นสำหรับไฮโดรเจน 8 H = +0.18 และสำหรับคลอรีน 5 C = -0.18 ประจุอิเล็กตรอนสัมบูรณ์ซึ่งเป็นผลมาจากพันธะในโมเลกุล HC1 จึงมีไอออนิก 18% ในธรรมชาติ (เช่นระดับของไอออนิกคือ 0.18 ) .

เนื่องจากขั้วของพันธะขึ้นอยู่กับระดับของการกระจัดของคู่พันธะของอิเล็กตรอนที่มีต่อองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีมากกว่า จึงต้องคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้:

• ก) อิเลคโตรเนกาติวีตี้ (EO) - ไม่เข้มงวด ปริมาณทางกายภาพซึ่งสามารถกำหนดได้จากการทดลองโดยตรง
• b) ค่าของอิเลคโตรเนกาติวีตี้ไม่คงที่ แต่ขึ้นอยู่กับลักษณะของอะตอมอื่นที่อะตอมถูกพันธะ
• c) อะตอมเดียวกันในพันธะเคมีบางครั้งอาจทำหน้าที่เป็นทั้งอิเล็กโตรบวกและอิเล็กโตรเนกาติตี

ข้อมูลการทดลองชี้ให้เห็นว่าองค์ประกอบสามารถกำหนดค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์ (REV) ได้ ซึ่งการใช้องค์ประกอบดังกล่าวทำให้สามารถตัดสินระดับขั้วของพันธะระหว่างอะตอมในโมเลกุลได้ (ดูย่อหน้าที่ 3.6 และ 4.3 ด้วย)

ในโมเลกุลที่ประกอบด้วยสองอะตอม ยิ่ง OEO ของหนึ่งในนั้นสูงเท่าใด ขั้วของพันธะโควาเลนต์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น เมื่อ OEO ขององค์ประกอบที่สองเพิ่มขึ้น ระดับของไอออนิกของสารประกอบก็จะเพิ่มขึ้น

เพื่อระบุลักษณะปฏิกิริยาของโมเลกุลไม่เพียง แต่ธรรมชาติของการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเท่านั้นที่มีความสำคัญ แต่ยังรวมถึงความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลภายนอกด้วย การวัดการเปลี่ยนแปลงนี้คือความสามารถในการโพลาไรซ์ของพันธะ เช่น ความสามารถในการกลายเป็นขั้วหรือขั้วมากขึ้น โพลาไรเซชันของพันธะเกิดขึ้นทั้งภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกและภายใต้อิทธิพลของโมเลกุลอื่นที่เป็นคู่ปฏิกิริยา ผลลัพธ์ของอิทธิพลเหล่านี้อาจเป็นโพลาไรซ์ของการเชื่อมต่อพร้อมกับการแตกร้าวโดยสมบูรณ์ ในกรณีนี้ คู่พันธะของอิเล็กตรอนยังคงอยู่กับอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่า ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของไอออนที่ไม่เหมือนกัน ความแตกแยกของพันธะประเภทนี้เรียกว่าเตเทอโรไลติก ตัวอย่างเช่น:

ในตัวอย่างข้างต้นของความแตกแยกของพันธะที่ไม่สมมาตร ไฮโดรเจนจะถูกกำจัดในรูปของ H + ไอออน และอิเล็กตรอนคู่พันธะยังคงอยู่กับคลอรีน ดังนั้นอย่างหลังจึงกลายเป็นประจุลบ C1

นอกเหนือจากความแตกแยกของพันธะประเภทนี้แล้ว ความแตกแยกแบบสมมาตรยังเป็นไปได้เช่นกัน เมื่อไม่ได้เกิดไอออน แต่เป็นอะตอมและอนุมูล ความแตกแยกของพันธะประเภทนี้เรียกว่าโฮโมไลติก

ข้าว. 32. โครงร่างของโมเลกุลที่มีขั้วและไม่ใช่ขั้ว: a - โมเลกุลขั้วโลก; โมเลกุล b-ไม่มีขั้ว

ทุกโมเลกุลมีทั้งอนุภาคที่มีประจุบวก - นิวเคลียสของอะตอม และอนุภาคที่มีประจุลบ - อิเล็กตรอน สำหรับอนุภาคแต่ละประเภท (หรือที่เรียกให้แม่นยำกว่านั้นคือประจุ) เราสามารถหาจุดที่น่าจะเป็น "จุดศูนย์ถ่วงไฟฟ้า" ของพวกมันได้ จุดเหล่านี้เรียกว่าขั้วของโมเลกุล หากจุดศูนย์ถ่วงทางไฟฟ้าของประจุบวกและลบในโมเลกุลตรงกัน โมเลกุลนั้นก็จะไม่มีขั้ว ตัวอย่างเช่นโมเลกุล H 2, N 2 ที่เกิดขึ้นจากอะตอมที่เหมือนกันซึ่งคู่อิเล็กตรอนทั่วไปมีความเท่าเทียมกันของอะตอมทั้งสองเช่นเดียวกับโมเลกุลที่สร้างขึ้นอย่างสมมาตรจำนวนมากที่มีพันธะอะตอมเช่นมีเทน CH 4, เตตระคลอไรด์ CCl 4 .

แต่ถ้าโมเลกุลถูกสร้างขึ้นแบบไม่สมมาตร เช่น มันประกอบด้วยอะตอมที่แตกต่างกัน 2 อะตอม ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว อิเล็กตรอนคู่สามัญสามารถเลื่อนไปด้านข้างได้มากขึ้นหรือน้อยลงหนึ่งในอะตอม เห็นได้ชัดว่าในกรณีนี้เนื่องจากการกระจายประจุบวกและลบภายในโมเลกุลไม่สม่ำเสมอ จุดศูนย์ถ่วงทางไฟฟ้าของพวกมันจะไม่ตรงกันและผลลัพธ์จะเป็นโมเลกุลขั้วโลก (รูปที่ 32)

โมเลกุลมีขั้วอยู่

โมเลกุลขั้วโลกเป็นไดโพล โดยทั่วไปคำนี้หมายถึงระบบที่เป็นกลางทางไฟฟ้า กล่าวคือ ระบบที่ประกอบด้วยประจุบวกและประจุลบที่กระจายในลักษณะที่จุดศูนย์ถ่วงทางไฟฟ้าไม่ตรงกัน

ระยะห่างระหว่างจุดศูนย์ถ่วงทางไฟฟ้าของประจุเหล่านั้นกับประจุอื่นๆ (ระหว่างขั้วของไดโพล) เรียกว่าความยาวของไดโพล ความยาวของไดโพลเป็นตัวกำหนดระดับขั้วของโมเลกุล เห็นได้ชัดว่าความยาวไดโพลแตกต่างกันสำหรับโมเลกุลขั้วโลกที่ต่างกัน ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใด ขั้วของโมเลกุลก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น

ข้าว. 33. แบบแผนโครงสร้างของโมเลกุล CO2 และ CS2

ในทางปฏิบัติ ระดับของขั้วของโมเลกุลบางตัวถูกกำหนดโดยการวัดที่เรียกว่าโมเมนต์ไดโพลของโมเลกุล m ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นผลคูณของความยาวของไดโพล ลมุ่งหน้าสู่เสาของมัน อี:

เสื้อ =ล จ

ขนาดของโมเมนต์ไดโพลสัมพันธ์กับคุณสมบัติบางอย่างของสารและสามารถกำหนดได้จากการทดลอง ลำดับความสำคัญ ต 10 -18 เสมอ เนื่องจากประจุไฟฟ้า

บัลลังก์เท่ากับ 4.80 10 -10 หน่วยไฟฟ้าสถิตและความยาวของไดโพลเป็นค่าลำดับเดียวกันกับเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลคือ 10 -8 ซม.ด้านล่างนี้คือโมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลของสารอนินทรีย์บางชนิด

โมเมนต์ไดโพลของสารบางชนิด

ต 10 18

. . . .. …….. 0

น้ำ……. 1.85

. . . ………..0

ไฮโดรเจนคลอไรด์……. 1.04

คาร์บอนไดออกไซด์…….0

โบรไมด์. …… 0.79

คาร์บอนไดซัลไฟด์…………0

ไฮโดรเจนไอโอไดด์……..0.38

ไฮโดรเจนซัลไฟด์……..1.1

คาร์บอนมอนอกไซด์……. 0,11

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ - - ……1.6

กรดไฮโดรไซยานิก……..2.1

การกำหนดค่าของโมเมนต์ไดโพลทำให้สามารถสรุปข้อสรุปที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของโมเลกุลต่างๆ ลองดูผลการวิจัยเหล่านี้บ้าง

ข้าว. 34. โครงร่างโครงสร้างของโมเลกุลน้ำ

อย่างที่ใครๆ คาดไว้ โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลไฮโดรเจนและไนโตรเจนจะเป็นศูนย์ โมเลกุลของสารเหล่านี้จึงสมบูรณ์มีความสมมาตร ดังนั้นประจุไฟฟ้าในนั้นจึงกระจายเท่าๆ กัน การขาดขั้วในคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนไดซัลไฟด์แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลของพวกมันถูกสร้างขึ้นอย่างสมมาตรเช่นกัน โครงสร้างของโมเลกุลของสารเหล่านี้แสดงไว้ในแผนภาพในรูป 33.

สิ่งที่ค่อนข้างคาดไม่ถึงคือการมีโมเมนต์ไดโพลที่ค่อนข้างใหญ่อยู่ใกล้น้ำ เนื่องจากสูตรน้ำจะคล้ายกับสูตรคาร์บอนไดออกไซด์

และคาร์บอนไดซัลไฟด์ เราอาจคาดหวังว่าโมเลกุลของมันจะถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกันสมมาตรเหมือนโมเลกุล CS 2 และ CO 2

อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงขั้วของโมเลกุลน้ำที่สร้างขึ้นจากการทดลอง (ขั้วของโมเลกุล) สมมติฐานนี้จะต้องถูกยกเลิกไป ปัจจุบัน โมเลกุลของน้ำมีโครงสร้างไม่สมมาตร (รูปที่ 34): อะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมเชื่อมต่อกับอะตอมออกซิเจน ดังนั้นพันธะของพวกมันจึงมีมุมประมาณ 105° สถานที่ที่คล้ายกัน นิวเคลียสของอะตอมยังพบได้ในโมเลกุลชนิดเดียวกันอื่น ๆ (H 2 S, SO 2) ที่มีโมเมนต์ไดโพล

ขั้วของโมเลกุลของน้ำอธิบายคุณสมบัติทางกายภาพหลายประการได้

บนอะตอมไฮโดรเจนคือ +0.17 และบนอะตอมคลอรีน -0.17
สิ่งที่เรียกว่าประจุประสิทธิผลบนอะตอมมักถูกใช้เป็นการวัดเชิงปริมาณของขั้วของพันธะ

ประจุที่มีประสิทธิผลหมายถึงความแตกต่างระหว่างประจุของอิเล็กตรอนที่อยู่ในพื้นที่บางส่วนของพื้นที่ใกล้นิวเคลียสและประจุของนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม การวัดนี้มีความหมายแบบมีเงื่อนไขและโดยประมาณเท่านั้น (สัมพันธ์) เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุบริเวณในโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับอะตอมแต่ละอะตอมโดยเฉพาะและในกรณีของพันธะหลายพันธะกับพันธะจำเพาะนั้นเป็นไปไม่ได้

การมีอยู่ของประจุที่มีประสิทธิผลสามารถระบุได้ด้วยสัญลักษณ์ของประจุบนอะตอม (เช่น H δ+ - Cl δ− โดยที่ δ คือเศษส่วนหนึ่งของประจุเบื้องต้น) O − = C 2 + = O − (\displaystyle (\stackrel (-)(\mbox(O)))=(\stackrel (2+)(\mbox(C)))=(\stackrel (-)( \mbox(O))))(O δ− =C 2δ+ =O δ−), H δ+ -O 2δ− -H δ+

เกือบทุกอย่าง พันธะเคมียกเว้นพันธะในโมเลกุลโฮโมนิวเคลียร์แบบไดอะตอมมิก ซึ่งมีขั้วอยู่ที่ระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น พันธะโควาเลนต์มักมีขั้วอ่อน พันธะไอออนิกมีขั้วสูง

YouTube สารานุกรม

1 / 5

√ อิออน โควาเลนต์ และ การเชื่อมต่อโลหะ

√ ประเภทของพันธะเคมี ส่วนที่ 1

➠ เคมี พันธะเคมี พันธะโควาเลนต์และคุณลักษณะของมัน ศูนย์การเรียนรู้ออนไลน์ Foxford

√ พันธะเคมีความยาวขั้วโควาเลนต์ไฮโดรเจนไอออนิก OGE การสอบสถานะแบบครบวงจรเคมี 2017 ภารกิจที่ 3

➠ เคมี พันธะเคมีโควาเลนต์ใน สารประกอบอินทรีย์- ศูนย์การเรียนรู้ออนไลน์ Foxford

คำบรรยาย

ค่าใช้จ่ายที่มีประสิทธิภาพ

ค่าของค่าใช้จ่ายที่มีประสิทธิภาพสัมพัทธ์ที่ได้รับ วิธีการต่างๆ(ออปติคอล สเปกโทรสโกปี เอ็นเอ็มอาร์ซึ่งขึ้นอยู่กับการคำนวณทางเคมีควอนตัมด้วย) อาจมีความแตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม ค่าที่มีอยู่ของ δ บ่งชี้ว่าอะตอมในสารประกอบที่มีประจุสูงไม่มี [สอดคล้องกับประจุสัมบูรณ์ อิเล็กตรอน] และไม่มีสารประกอบไอออนิกล้วนๆ

ไดโพลทันทีและเหนี่ยวนำ

โมเลกุลเป็นระบบไดนามิกซึ่งมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและการสั่นของนิวเคลียสอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นการกระจายประจุในนั้นจึงไม่สามารถคงที่อย่างเคร่งครัด ตัวอย่างเช่น โมเลกุล Cl 2 จัดอยู่ในประเภทไม่มีขั้ว ค่าของโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าของมันคือศูนย์ อย่างไรก็ตาม ในแต่ละช่วงเวลา จะมีการเปลี่ยนแปลงชั่วคราวของประจุไปยังอะตอมของคลอรีนตัวใดตัวหนึ่ง: Cl δ+ → Cl δ− หรือ Cl δ− ← Cl δ+ โดยมีรูปแบบ ไมโครไดโพลทันที- เนื่องจากการแทนที่ประจุของอะตอมใดๆ ดังกล่าวมีความเป็นไปได้พอๆ กัน การกระจายตัวของประจุโดยเฉลี่ยจึงสอดคล้องกับค่าศูนย์เฉลี่ยของโมเมนต์ไดโพลทุกประการ
สำหรับโมเลกุลเชิงขั้ว ค่าของโมเมนต์ไดโพล ณ เวลาใดก็ตามจะมากกว่าหรือน้อยกว่าค่าเฉลี่ยเล็กน้อย ทิศทางและขนาดของไดโพลทันทีอาจมีความผันผวนอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาไดโพลถาวร ดังนั้นโมเลกุลที่ไม่มีขั้วและขั้วใด ๆ (และอะตอมในนั้น) จึงถือได้ว่าเป็นชุดของไมโครไดโพลทันทีเป็นระยะ ๆ ซึ่งเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วทั้งขนาดและทิศทาง

อิเล็กโทรเนกาติวีตี้ของอะตอมของธาตุอิเลคโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์ การเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาและกลุ่มของตารางธาตุ ขั้วของพันธะเคมี ขั้วของโมเลกุลและไอออน

อิเลคโตรเนกาติวีตี้ (e.o.) คือความสามารถของอะตอมในการแทนที่คู่อิเล็กตรอนเข้าหาตัวมันเอง
มีรอย อี.โอ. คือพลังงานที่เท่ากันทางคณิตศาสตร์กับ ½ ผลรวมของพลังงานไอออไนเซชัน I และพลังงานสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน E
อีโอ = ½ (ฉัน+อี)

อิเลคโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์ (โออีโอ)

ฟลูออรีนซึ่งเป็นองค์ประกอบ EO ที่แข็งแกร่งที่สุด ได้รับการกำหนดให้มีค่า 4.00 เมื่อเทียบกับองค์ประกอบอื่นๆ ที่ได้รับการพิจารณา

การเปลี่ยนแปลงของคาบและกลุ่มของระบบธาตุ

ภายในระยะเวลา เมื่อประจุนิวเคลียร์เพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวา อิเลคโตรเนกาติวีตี้จะเพิ่มขึ้น

น้อยที่สุดมีการสังเกตค่าสำหรับโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ

ยิ่งใหญ่ที่สุด- สำหรับฮาโลเจน

ยิ่งอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูง คุณสมบัติอโลหะขององค์ประกอบก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น

อิเลคโตรเนกาติวีตี้ (χ) - พื้นฐาน คุณสมบัติทางเคมีอะตอม ซึ่งเป็นคุณลักษณะเชิงปริมาณของความสามารถของอะตอมในโมเลกุลที่จะแทนที่คู่อิเล็กตรอนทั่วไปเข้าหาตัวมันเอง

แนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมได้รับการแนะนำโดยนักเคมีชาวอเมริกัน แอล. พอลลิง L. Pauling ใช้แนวคิดเรื่องอิเลคโตรเนกาติวีตี้เพื่ออธิบายข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงานของเฮเทอโรอะตอม การเชื่อมต่อ A-B(A, B - สัญลักษณ์ของใด ๆ องค์ประกอบทางเคมี) โดยทั่วไปจะมากกว่าค่าเฉลี่ยทางเรขาคณิตของโฮโมอะตอมมิก การเชื่อมต่อ A-Aและบีบี

ค่าสูงสุดของ e.o. ฟลูออรีน และต่ำสุดคือซีเซียม

คำจำกัดความทางทฤษฎีของอิเลคโตรเนกาติวีตี้เสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน อาร์. มัลลิเคน จากข้อเสนอที่ชัดเจนว่าความสามารถของอะตอมในโมเลกุลในการดึงดูดประจุอิเล็กทรอนิกส์นั้นขึ้นอยู่กับพลังงานไอออไนเซชันของอะตอมและความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน R. Mulliken ได้นำเสนอแนวคิดเรื่องอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอม A เป็นค่าเฉลี่ย ของพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนชั้นนอกในระหว่างการแตกตัวเป็นไอออนของสถานะความจุ ( ตัวอย่างเช่น จาก A− ถึง A+) และบนพื้นฐานนี้เสนอความสัมพันธ์ที่เรียบง่ายมากสำหรับอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอม:

โดยที่ J1A และ εA คือพลังงานไอออไนเซชันของอะตอมและความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนตามลำดับ
พูดอย่างเคร่งครัด ไม่สามารถกำหนดองค์ประกอบอิเลคโตรเนกาติวีตี้คงที่ได้ อิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสถานะเวเลนซ์ของอะตอม สถานะออกซิเดชันอย่างเป็นทางการ หมายเลขโคออร์ดิเนชัน ธรรมชาติของลิแกนด์ที่ประกอบเป็นสภาพแวดล้อมของอะตอมในระบบโมเลกุล และบางส่วน คนอื่น. เมื่อเร็ว ๆ นี้สิ่งที่เรียกว่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ในวงโคจรถูกนำมาใช้มากขึ้นเพื่อระบุลักษณะอิเลคโตรเนกาติวีตี้ ขึ้นอยู่กับประเภทของการออร์บิทัลของอะตอมที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะและจำนวนอิเล็กตรอนของมัน กล่าวคือ ไม่ว่าออร์บิทัลของอะตอมจะถูกครอบครองโดยคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวหรือไม่ ถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่หรือว่าง แต่ถึงแม้จะทราบความยากลำบากในการตีความและกำหนดอิเลคโตรเนกาติวีตี้ แต่ก็ยังจำเป็นเสมอสำหรับการอธิบายเชิงคุณภาพและการทำนายลักษณะของพันธะในระบบโมเลกุล รวมถึงพลังงานที่ยึดเหนี่ยว การกระจายประจุทางอิเล็กทรอนิกส์ และระดับของไอออนิก แรงคงที่ ฯลฯ หนึ่ง ที่มีการพัฒนามากที่สุดในแนวทางปัจจุบันคือแนวทางแซนเดอร์สัน วิธีการนี้มีพื้นฐานมาจากแนวคิดในการปรับสมดุลอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมในระหว่างการก่อตัวของพันธะเคมีระหว่างพวกมัน การศึกษาจำนวนมากพบความสัมพันธ์ระหว่างอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของแซนเดอร์สันกับสิ่งที่สำคัญที่สุด คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี สารประกอบอนินทรีย์ธาตุส่วนใหญ่ในตารางธาตุ การปรับเปลี่ยนวิธีการของแซนเดอร์สันโดยอาศัยการกระจายตัวของอิเลคโตรเนกาติวีตี้ระหว่างอะตอมของโมเลกุลสำหรับสารประกอบอินทรีย์ก็ประสบผลสำเร็จเช่นกัน

2) ขั้วของพันธะเคมี ขั้วของโมเลกุลและไอออน

สิ่งที่อยู่ในนามธรรมและในตำราเรียน - ขั้วมีความเกี่ยวข้องกับโมเมนต์ไดโพล มันปรากฏให้เห็นเนื่องจากการกระจัดของคู่อิเล็กตรอนทั่วไปกับอะตอมตัวใดตัวหนึ่งก็ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่ถูกพันธะ . ยิ่งมูลค่าของ e.o. อะตอมสองอะตอมยิ่งมีพันธะเคมีระหว่างกันมากเท่าไร ขึ้นอยู่กับว่าความหนาแน่นของอิเล็กตรอนถูกกระจายตัวอย่างไรในระหว่างการก่อตัวของพันธะเคมี หลายประเภทจะมีความโดดเด่น ไปที่อื่น

ในกรณีนี้ ไอออนสองตัวจะถูกสร้างขึ้น โดยระหว่างนั้นจะมีพันธะไอออนิกเกิดขึ้น เพื่อให้อะตอมสองอะตอมสามารถสร้างพันธะไอออนิกได้ จำเป็นต้องมี e.o. แตกต่างกันมาก ถ้า e.o. เท่ากันจึงเกิดพันธะโควาเลนต์แบบไม่มีขั้ว ที่พบมากที่สุดคือพันธะโควาเลนต์แบบมีขั้ว ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างอะตอมใดๆ ที่มี ความหมายที่แตกต่างกันอีโอ

ประจุที่มีประสิทธิผลของอะตอมสามารถทำหน้าที่เป็นการประเมินเชิงปริมาณของขั้วของพันธะได้ ประจุที่มีประสิทธิผลของอะตอมนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยความแตกต่างระหว่างจำนวนอิเล็กตรอนที่เป็นของอะตอมที่กำหนด สารประกอบเคมีและจำนวนอิเล็กตรอนของอะตอมอิสระ อะตอมขององค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่าจะดึงดูดอิเล็กตรอนได้แรงกว่า ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงอยู่ใกล้มันมากขึ้น และได้รับประจุลบซึ่งเรียกว่ามีประสิทธิผล และคู่ของมันก็จะมีประจุบวกเหมือนกัน ประจุที่มีประสิทธิผล หากอิเล็กตรอนที่สร้างพันธะระหว่างอะตอมเป็นของพวกมันเท่ากัน ประจุที่มีประสิทธิผลจะเป็นศูนย์

สำหรับโมเลกุลไดอะตอมมิก สามารถระบุลักษณะขั้วของพันธะได้ และประจุที่มีประสิทธิผลของอะตอมสามารถกำหนดได้จากการวัดโมเมนต์ไดโพล M = q*r โดยที่ q คือประจุของขั้วไดโพล เท่ากับประจุที่มีประสิทธิผลสำหรับ โมเลกุลไดอะตอมมิก r คือระยะระหว่างนิวเคลียร์ โมเมนต์ไดโพลของพันธะคือ ปริมาณเวกเตอร์- ถูกส่งจากส่วนที่มีประจุบวกของโมเลกุลไปยังส่วนลบ

ขั้วของโมเลกุลเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของสารเป็นส่วนใหญ่ โมเลกุลของขั้วจะหมุนเข้าหากันด้วยขั้วที่มีประจุตรงข้ามกัน และแรงดึงดูดซึ่งกันและกันเกิดขึ้นระหว่างขั้วทั้งสอง ดังนั้นสารที่เกิดจากโมเลกุลขั้วโลกจึงมีมากกว่านั้น อุณหภูมิสูงละลายและเดือดยิ่งกว่าสารที่มีโมเลกุลไม่มีขั้ว

ของเหลวที่มีโมเลกุลเป็นขั้วจะมีกำลังการละลายสูงกว่า ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่งโมเลกุลของตัวทำละลายมีขั้วมากเท่าใด ความสามารถในการละลายของสารประกอบขั้วหรือไอออนิกก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น การพึ่งพาอาศัยกันนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลของตัวทำละลายที่มีขั้ว เนื่องจากการโต้ตอบระหว่างไดโพล-ไดโพลหรือไอออน-ไดโพลกับตัวถูกละลาย มีส่วนทำให้เกิดการสลายตัวของตัวถูกละลายให้เป็นไอออน ตัวอย่างเช่น สารละลายไฮโดรเจนคลอไรด์ในน้ำซึ่งมีโมเลกุลมีขั้วสามารถนำไฟฟ้าได้ดี สารละลายไฮโดรเจนคลอไรด์ในเบนซีนไม่มีค่าการนำไฟฟ้าที่เห็นได้ชัดเจน สิ่งนี้บ่งชี้ว่าไม่มีการแตกตัวเป็นไอออนของไฮโดรเจนคลอไรด์ในสารละลายเบนซีน เนื่องจากโมเลกุลของเบนซีนไม่มีขั้ว

ไอออนเช่น สนามไฟฟ้ามีผลกระทบแบบโพลาไรซ์ซึ่งกันและกัน เมื่อไอออนสองตัวมาบรรจบกัน โพลาไรเซชันของพวกมันจะเกิดขึ้น เช่น การกระจัดของอิเล็กตรอนในชั้นนอกสัมพันธ์กับนิวเคลียส โพลาไรเซชันของไอออนซึ่งกันและกันขึ้นอยู่กับประจุของนิวเคลียสและไอออน รัศมีของไอออน และปัจจัยอื่นๆ

ภายในกลุ่ม e.o. ลดลง

คุณสมบัติโลหะขององค์ประกอบเพิ่มขึ้น

ธาตุโลหะที่ระดับพลังงานภายนอกประกอบด้วยอิเล็กตรอน 1,2,3 ตัว และมีศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนต่ำและ e.o. เพราะโลหะมีแนวโน้มที่จะสูญเสียอิเล็กตรอนอย่างมาก
องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะมีพลังงานไอออไนเซชันสูงกว่า
เมื่อเปลือกนอกของอโลหะภายในคาบถูกเติมเต็ม รัศมีของอะตอมก็จะลดลง ในเปลือกนอกจำนวนอิเล็กตรอนคือ 4,5,6,7,8

ขั้วของพันธะเคมี ขั้วของโมเลกุลและไอออน

ความเป็นขั้วของพันธะเคมีถูกกำหนดโดยการแทนที่ของพันธะของคู่อิเล็กตรอนกับอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง

พันธะเคมีเกิดขึ้นเนื่องจากการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในเวเลนซ์ออร์บิทัล ส่งผลให้เกิดการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่เสถียรของก๊าซมีตระกูล เนื่องจากการก่อตัวของไอออนหรือการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน
พันธะเคมีมีลักษณะเฉพาะด้วยพลังงานและความยาว
การวัดความแข็งแกร่งของพันธะคือพลังงานที่ใช้ในการทำลายพันธะ
ตัวอย่างเช่น. H – H = 435 กิโลจูลโมล-1

อิเล็กโทรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบอะตอม
อิเล็กโทรเนกาติวีตี้เป็นคุณสมบัติทางเคมีของอะตอม ซึ่งเป็นคุณลักษณะเชิงปริมาณของความสามารถของอะตอมในโมเลกุลในการดึงดูดอิเล็กตรอนจากอะตอมขององค์ประกอบอื่น
อิเลคโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์

สเกลอิเล็กโตรเนกาติวีตี้แรกและมีชื่อเสียงที่สุดคือสเกล L. Pauling ซึ่งได้มาจากข้อมูลเทอร์โมเคมีและเสนอในปี 1932 ค่าอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ของฟลูออรีนองค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรเนกาติวีตี้มากที่สุด (F) = 4.0 ถือเป็นจุดเริ่มต้นโดยพลการในข้อนี้ มาตราส่วน.

องค์ประกอบกลุ่ม VIII ตารางธาตุ(ก๊าซมีตระกูล) มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้เป็นศูนย์
ขอบเขตทั่วไประหว่างโลหะและอโลหะถือเป็นค่าอิเล็กโทรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์เท่ากับ 2

ตามกฎแล้วอิเลคโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบของตารางธาตุจะเพิ่มขึ้นตามลำดับจากซ้ายไปขวาในแต่ละช่วงเวลา ภายในแต่ละกลุ่ม มีข้อยกเว้นบางประการ อิเลคโตรเนกาติวีตี้จะลดลงอย่างต่อเนื่องจากบนลงล่าง อิเล็กโทรเนกาติวีตี้สามารถใช้เพื่อระบุลักษณะของพันธะเคมีได้
พันธะที่มีค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ต่างกันน้อยกว่าจะจัดเป็นพันธะโควาเลนต์มีขั้ว ยิ่งความแตกต่างในอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่สร้างพันธะเคมีมีน้อย ระดับไอออนิกของพันธะนี้ก็จะลดลงตามไปด้วย ความแตกต่างเป็นศูนย์ในอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมบ่งชี้ว่าไม่มีลักษณะของไอออนิกในพันธะที่เกิดจากพวกมันนั่นคือธรรมชาติของโควาเลนต์ล้วนๆ

ขั้วของพันธะเคมี ขั้วของโมเลกุลและไอออน
ขั้วของพันธะเคมี ซึ่งเป็นลักษณะของพันธะเคมี แสดงการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในอวกาศใกล้นิวเคลียส เมื่อเปรียบเทียบกับการกระจายความหนาแน่นเริ่มต้นในอะตอมที่เป็นกลางซึ่งก่อรูปพันธะนี้

พันธะเคมีเกือบทั้งหมด ยกเว้นพันธะในโมเลกุลโฮโมนิวเคลียร์แบบไดอะตอมมิก มีขั้วอยู่ที่ระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น โดยทั่วไปแล้ว พันธะโควาเลนต์จะมีขั้วอ่อน ส่วนพันธะไอออนิกจะมีขั้วสูง

ตัวอย่างเช่น:
โควาเลนต์ไม่มีขั้ว: Cl2, O2, N2, H2, Br2

ขั้วโควาเลนต์: H2O, SO2, HCl, NH3 เป็นต้น