A kémiai kötések polaritása

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. július 10-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

A kémiai kötések polaritása a kémiai kötések ( általában kovalens )  jellemzője , amely az atommagok körüli térben az elektronsűrűség eloszlásának változását mutatja a kötést alkotó semleges atomok elektronsűrűségének eloszlásához képest .

Lehetőség van egy molekulában lévő kötés polaritásának számszerűsítésére. A pontos kvantitatív értékelés nehézsége abban rejlik, hogy a kötés polaritása több tényezőtől függ: a kapcsolódó molekulák atomjainak és ionjainak méretétől ; annak a kötésnek a számától és jellegétől , amellyel az összekötő atomok már adott kölcsönhatásuk előtt rendelkeztek; a szerkezet típusáról, sőt a kristályrácsuk hibáinak jellemzőiről . Az ilyen számításokat különféle módszerekkel végezzük, amelyek általában megközelítőleg azonos eredményeket (értékeket) adnak. Például a HCl esetében azt találták, hogy ebben a molekulában minden egyes atom töltése egyenlő egy teljes elektron töltésének 0,17-ével . A hidrogénatomon +0,17, a klóratomon -0,17.

Az atomok úgynevezett effektív töltéseit leggyakrabban a kötés polaritásának kvantitatív mérésére használják.

Az effektív töltést úgy határozzuk meg, mint az atommag közelében a tér valamely régiójában elhelyezkedő elektronok töltése és az atommag töltése közötti különbséget. Ennek a mértéknek azonban csak feltételes és közelítő [relatív] jelentése van, mivel lehetetlen egyértelműen kijelölni egy molekulában egy olyan régiót, amely kizárólag egyetlen atomhoz, több kötés esetén pedig egy meghatározott kötéshez tartozik.

Az effektív töltés jelenlétét az atomok töltéseinek szimbólumai jelzik (például H δ+  - Cl δ− , ahol δ az elemi töltés valamilyen töredéke) (O δ− =C 2δ+ =O δ − ), H δ+ —O 2δ− -H δ+ .

Szinte minden kémiai kötés, a kétatomos homonukleáris molekulákban lévő kötések kivételével, bizonyos fokig poláris. A kovalens kötések általában gyengén polárisak. Az ionos kötések  erősen polárisak.

Hatásos töltés

A röntgenspektrum elemzése lehetővé teszi az atomok effektív töltéseinek, következésképpen a vegyületekben a kémiai kötések típusának meghatározását. Ehhez hasonlítsa össze a szabad atomok és vegyületeik röntgenspektrumának vonalainak elhelyezkedését. Ha egy vegyületben egy atomnak megfelelő effektív töltése δ, akkor a spektrum vonalai eltoltnak bizonyulnak egy szabad atom spektrumához képest. A spektrumvonalak eltolódásának nagysága alapján δ-t a megfelelő számítási módszerekkel határozzuk meg.

A különböző módszerekkel meghatározott δ értékek jelentősen eltérnek egymástól. Az itt megadott δ értékek érdekesek számunkra abból a szempontból, hogy szemléltessük az azonos típusú vegyületsorozat változásának általános tendenciáját .

A PSCE 2., 3. periódusának és 1. csoportjának elemeinek oxidjainak effektív töltései O
Oxid Díj Oxid Díj Oxid Díj
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−
N 2 O 5 0,05− P2O5 _ _ _ 0,13− Cs2O _ _ 0,96−
OO 2 SO 3 0,06−
OF 2 Cl2O7 _ _ _ 0,02− (0,01−)
Egyes vegyületek atomjainak effektív töltése δ
Anyag Az atom és oxidációs állapota Töltés δ Kémiai vegyület Az atom és oxidációs állapota δ
HF SZIA) 0,40+ Cr[(CO) 6 ] cr(0) 0,4+
HCl SZIA) 0,18+ CrCl2_ _ Cr(II) 1,9+
NaF Na(I) 0,98+ CrCl 3 Cr(III) 1,2+
NaCl Na(I) 0,92+ [Cr(NH 3 ) 6 ]Cl 3 Cr(III) 1,2+
NaBr Na(I) 0,83+ K2CrO4 _ _ _ Cr(VI) 0,2+
NaI Na(I) 0,75+ K2Cr2O7 _ _ _ _ _ Cr(VI) 0,1+
MgCl 2 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+ KClO 3 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(NO 3 ) 2 Co(II) 1,20+ K[OsO 3 N] Os (VIII) 1.0+
I (−1), periféria 0,5− B2H6 _ _ _ B(III) 0,22+
CL(-1) 0,55− B2H6 _ _ _ H (I), áthidalt 0,22−
I (+1), közép 0,11+ XEF 2 F(I) 0,5−
[•C≡N:] − [•N≡C:] − / • [1]

Amint az a táblázatból látható, egy vegyületben lévő elem oxidációs állapota értékében nem esik egybe az atomon keletkező [effektív] töltéssel. Ezt bizonyítja a nitrogén 1s elektronjának kötési energiájának vizsgálata is az atom effektív töltése függvényében. Tehát a nitrogén +5 oxidációs állapotával a NaNO 3-ban a nitrogénatom effektív töltése csak 0,4+

( = 0,6−; = 0,55− ; = 0,5−; = 0,3− ; = 0,05+; = 0,1+ ; = 0,15+;). A vas 0 és +2 oxidációs állapota mellett a Fe(CO) 5 és Fe(C 6 H 5 ) 2 vegyületekben ezekben a vegyületekben a vasatom effektív töltése közel 1+

((δ) = 0,5+; = 0,9+; • 12H 2 O = 1,5+; = 1,8+ ; = 1,9+, a kötési energia értékeinek egyenes arányos növekedésének általános tendenciája ).

A különböző módszerekkel ( optikai spektroszkópia , NMR , szintén kvantumkémiai számításokon alapuló ) kapott relatív effektív töltések értékei eltérhetnek. A rendelkezésre álló δ értékek azonban azt jelzik, hogy a nagy töltésű vegyületekben lévő atomok nem rendelkeznek [ az elektron abszolút töltésének megfelelően ], és nincsenek tisztán ionos vegyületek.

Pillanatnyi és indukált dipólusok.

A molekula egy dinamikus rendszer, amelyben az elektronok állandó mozgása és az atommagok rezgése zajlik. Ezért a töltések eloszlása ​​nem lehet szigorúan állandó. Például a Cl 2 molekula nem polárisnak minősül: elektromos dipólusmomentuma értéke nulla. Azonban minden adott pillanatban átmeneti töltéseltolódás történik valamelyik klóratom felé: Cl δ+ → Cl δ− vagy Cl δ− ← Cl δ+ , pillanatnyi mikrodipólusok képződésével . Mivel a töltések ilyen eltolódása bármelyik atomra egyformán valószínű, az átlagos töltéseloszlás pontosan megfelel a dipólusmomentum átlagos nulla értékének.

Poláris molekulák esetében a dipólusmomentum értéke bármely adott időpontban valamivel nagyobb vagy valamivel kisebb, mint az átlagos érték. A pillanatnyi dipólus iránya és nagysága folyamatos ingadozásnak van kitéve a dipólus állandó momentumában. Így bármely nem poláris és poláris molekula (és egy atom a benne) periodikus, nagyságában és irányában nagyon gyorsan változó pillanatnyi mikrodipólusok halmazának tekinthető.

Külső elektromos tér hatására a molekula polarizálódik , azaz a töltések újra eloszlanak benne, és a molekula a dipólus elektromos momentumának új értékét kapja. Ebben az esetben a nem poláris molekulák polárissá alakulhatnak, a polárisak pedig még polárisabbá válnak . Más szóval, egy külső e-mail hatására. A molekulák mezőiben egy dipól indukálódik, amelyet indukáltnak vagy indukáltnak neveznek . Az állandó és pillanatnyi dipólusokkal ellentétben az indukált (indukált) dipólusok csak külső elektromos tér hatására léteznek. A mező megszűnése után az indukált dipólusok eltűnnek. A molekulák polaritása és polarizálhatósága határozza meg az intermolekuláris kölcsönhatást .

Jegyzetek

  1. ↑ Itt az előjelek a formális töltéseket jelölik, azaz a -1 és +1 egész értékeket (lásd Formális töltés ).

Lásd még

Források

 Szerkezeti kémia
kémiai kötés
Struktúra megjelenítése
Elektronikus tulajdonságok
Sztereokémia
 kémiai kötés
Intramolekuláris
kölcsönhatás
kovalens kötés
egyszeres kötés
Többszörös kötés
Koordináló link
Egyéb
Egyéb
Intermolekuláris
kölcsönhatás