Як вызначыць палярнасць сувязі? Прамая і зваротная палярнасць

Даведаемся сёння, як вызначыць палярнасць сувязі і навошта гэта патрэбна. Раскрыем фізічны сэнс разгляданай велічыні.

Хімія і фізіка

Калісьці ўсё дысцыпліны, прысвечаныя вывучэнню навакольнага свету, аб'ядноўваліся адным вызначэннем. І астраномы, і алхімікі, і біёлагі былі філосафамі. Але зараз існуе строгае размеркаванне па раздзелах навукі, а вялікія універсітэты дакладна ведаюць, што трэба ведаць матэматыкам, а што - лінгвістам. Зрэшты, у выпадку хіміі і фізікі выразнай мяжы няма. Часта яны ўзаемна пранікаюць сябар у сябра, а бывае, што ідуць паралельнымі курсамі. У прыватнасці, спрэчным аб'ектам з'яўляецца палярнасць сувязі. Як вызначыць, адносіцца гэтая вобласць веды да фізікі або хіміі? Па фармальным прыкмеце - да другой навуцы: цяпер школьнікі вывучаюць гэтае паняцце як частка хіміі, але без ведаў па фізіцы ім не абысціся.

будова атама

Для таго каб зразумець, як вызначыць палярнасць сувязі, спачатку трэба ўспомніць, як уладкованы атам. У канцы дзевятнаццатага стагоддзя было вядома, што любы атам нейтральны ў цэлым, але ўтрымлівае ў розных абставінах розныя зарады. Резерфод усталяваў, што ў цэнтры любога атама размяшчаецца цяжкае і станоўча зараджанае ядро. Зарад атамнага ядра заўсёды цэлалікавых, гэта значыць ён складае +1, +2 і гэтак далей. Вакол ядра размяшчаецца адпаведную колькасць лёгкіх адмоўна зараджаных электронаў, колькасць якіх строга адпавядае зараду ядра. То бок, калі зарад ядра +32, то вакол яго павінны размяшчацца трыццаць два электрона. Яны займаюць пэўныя пазіцыі вакол ядра. Кожны электрон як бы «размазаная» вакол ядра на сваёй арбіталь. Яе форма, пазіцыя і адлегласць да ядра вызначаюцца чатырма квантавымі лікамі.

Чаму ўзнікае палярнасць

У нейтральным атаме, размешчаным удалечыні ад іншых часціц (напрыклад, у глыбокім космасе, па-за галактыкі), усе арбіталь сіметрычныя адносна цэнтра. Нягледзячы на даволі складаную форму некаторых з іх, арбіталь любых двух электронаў не перасякаюцца ў адным атаме. Але калі наш асобна ўзяты атам у вакууме сустрэне на сваім шляху іншай (напрыклад, ўвойдзе ў воблака газу), то ён захоча ўзаемадзейнічаць з ім: арбіталь валентных знешніх электронаў выцягнуцца ў бок суседняга атама, зліюцца з ім. Ўзнікне агульнае электроннае воблака, новае хімічнае злучэнне і, такім чынам, палярнасць сувязі. Як вызначыць, які атам возьме сабе большую частку агульнага электроннага аблокі, раскажам далей.

Якімі бываюць хімічныя сувязі

У залежнасці ад тыпу ўзаемадзейнічаюць малекул, рознасці ў зарадах іх ядраў і сілы ўзнікае прыцягнення, існуюць наступныя тыпы хімічных сувязяў:

• одноэлектронная;
• металічная;
• кавалентная;
• іённая;
• ван-дэр-ваальсовых;
• вадародная;
• двухэлектронная трёхцентровая.

Для таго каб задавацца пытаннем аб тым, як вызначыць палярнасць сувязі ў злучэнні, яна павінна быць кавалентнай або іённай (як, напрыклад, у солі NaCl). У цэлым гэтыя два тыпу сувязі адрозніваюцца толькі тым, наколькі моцна ссоўваецца электроннае воблака ў бок аднаго з атамаў. Калі кавалентная сувязь не ўтворана двума аднолькавымі атамамі (напрыклад, Аб _2), то яна заўсёды злёгку палярызаванае. У іённай сувязі зрушэнне мацней. Лічыцца, што іённая сувязь прыводзіць да адукацыі іёнаў, так як адзін з атамаў «забірае» электроны іншага.

Але на самой справе цалкам палярных злучэнняў не існуе: проста адзін іён вельмі моцна прыцягвае да сябе агульнае электроннае воблака. Настолькі моцна, што пакінутым кавалачкам раўнавагі можна занядбаць. Такім чынам, спадзяемся, стала зразумела, што вызначыць палярнасць кавалентнай сувязі можна, а палярнасць іённай сувязі не мае сэнсу вызначаць. Хоць у дадзеным выпадку адрозненне паміж гэтымі двума тыпамі сувязі - гэта набліжэнне, мадэль, а не сапраўднае фізічная з'ява.

Вызначэнне палярнасці сувязі

Спадзяемся, чытач ужо зразумеў, што палярнасць хімічнай сувязі - гэта адхіленне размеркавання ў прасторы агульнага электроннага хмары ад раўнаважкага. А раўнаважкі размеркаванне існуе ў ізаляваным атаме.

Спосабы вымярэння палярнасці

Як вызначыць палярнасць сувязі? Пытанне гэты далёка не адназначны. Для пачатку трэба сказаць, што раз сіметрыя электроннага аблокі палярызаванага атама адрозніваецца ад аналагічнай нейтральнага, то і рэнтгенаўскі спектр зменіцца. Такім чынам, зрушэнне ліній ў спектры дасць уяўленне пра тое, якая палярнасць сувязі. А калі патрабуецца зразумець, як вызначыць палярнасць сувязі ў малекуле больш дакладна, то трэба ведаць не толькі спектр выпускання або паглынання. Патрабуецца высветліць:

• памеры якія ўдзельнічаюць у сувязі атамаў;
• зарады іх ядраў;
• якія сувязі былі створаны ў атама да ўзнікнення гэтай;
• якая структура усяго рэчывы;
• калі структура крышталічная, якія ў ёй існуюць дэфекты і як яны ўплываюць на ўсё рэчыва.

Палярнасць сувязі пазначаецца як верхні знак наступнага выгляду: 0,17+ або 0,3-. Варта таксама памятаць, што адзін і той жа выгляд атамаў будзе мець непадобную палярнасць сувязі ў злучэнні з рознымі рэчывамі. Напрыклад, у аксід BeO у кіслароду палярнасць 0,35-, а ў MgO - 0,42-.

палярнасць атама

Чытач можа задаць і такое пытанне: "Як вызначыць палярнасць хімічнай сувязі, калі фактараў так шмат?" Адказ адначасова і просты, і складаны. Колькасныя меры палярнасці вызначаюцца як эфектыўныя зарады атама. Гэтая велічыня з'яўляецца рознасцю паміж зарадам які знаходзіцца ў пэўнай вобласці электрона і адпаведнай вобласці ядра. У цэлым гэтая велічыня досыць добра паказвае нейкую асіметрычнасць электроннага аблокі, якая ўзнікае пры адукацыі хімічнай сувязі. Складанасць складаецца ў тым, што вызначыць, якая менавіта вобласць знаходжання электрона належыць менавіта гэтай сувязі (асабліва ў складаных малекулах) амаль што немагчыма. Так што, як і ў выпадку падзелу хімічных сувязяў на іённыя і кавалентным, навукоўцы звяртаюцца да спрашчэнняў і мадэлям. Пры гэтым адкідаюцца тыя фактары і значэння, якія ўплываюць на вынік нязначна.

Фізічны сэнс палярнасці злучэння

Які ж фізічны сэнс значэння палярнасці сувязі? Разгледзім адзін прыклад. Атам вадароду H ўваходзіць як ць фтороводородную кіслату (HF), так і ў саляную (HCl). Яго палярнасць у HF роўная 0,40+, у HCl - 0,18+. Гэта значыць, што агульная электроннае воблака значна мацней адхіляецца ў бок фтору, чым у бок хлору. І значыць, што Электраадмо атама фтору нашмат мацней Электраадмо атама хлору.

Палярнасць атама ў малекуле

Але ўдумлівы чытач ўспомніць, што, акрамя простых злучэнняў, у якіх прысутнічаюць два атама, існуюць і больш складаныя. Напрыклад, каб утварыць адну малекулу сернай кіслаты (H ₂ SO _4), патрабуецца два атама вадароду, адзін - серы, і цэлых чатыры кіслароду. Тады ўзнікае іншае пытанне: як вызначыць найбольшую палярнасць сувязі ў малекуле? Для пачатку трэба памятаць, што любое злучэнне мае некаторую структуру. Гэта значыць серная кіслата - гэта не нагрувашчванне ўсіх атамаў ў адну вялікую кучу, а нейкая структура. Да цэнтральнага атаму серы далучаюцца чатыры атама кіслароду, утвараючы падабенства крыжа. З двух процілеглых бакоў атамы кіслароду далучаюцца да серцы падвойнымі сувязямі. З двух астатніх бакоў атамы кіслароду далучаюцца да серцы адзінарнымі сувязямі і «трымаюць» з другога боку па вадароду. Такім чынам, у малекуле сернай кіслаты існуюць наступныя сувязі:

• OH;
• SO;
• S = O.

Вызначыўшы па даведніку палярнасць кожнай з гэтых сувязяў, можна знайсці найбольшую. Аднак варта памятаць, што калі ў канцы доўгай ланцужкі атамаў варта моцна электраадмоўны элемент, то ён можа «перацягваць" на сябе электронныя аблокі суседніх сувязяў, павялічваючы іх палярнасць. У больш складанай, чым ланцужок, структуры цалкам магчымыя іншыя эфекты.

Чым палярнасць малекулы адрозніваецца ад палярнасці сувязі?

Як вызначыць палярнасць сувязі, мы распавялі. У чым складаецца фізічны сэнс паняцця, мы раскрылі. Але гэтыя словы сустракаюцца і ў іншых словазлучэннях, якія адносяцца да дадзенага падзелу хіміі. Напэўна чытачоў цікавіць, якім чынам ўзаемадзейнічаюць хімічныя сувязі і палярнасць малекул. Адказваем: гэтыя паняцці ўзаемна дапаўняюць адзін аднаго і немагчымыя паасобку. Гэта мы прадэманструем на класічным прыкладзе вады.

У малекуле H ₂ O дзве аднолькавыя сувязі HO. Паміж імі кут у 104,45 градуса. Так што структура малекулы вады ўяўляе сабой нешта накшталт двузубой відэльцы з вадародам на канцах. Кісларод - гэта больш электраадмоўны атам, ён адцягвае на сябе электронныя аблокі двух вадароду. Такім чынам, пры агульнай электранейтральна, зубчыкі відэльцы атрымліваюцца крыху больш станоўчымі, а падстава - трохі больш адмоўным. Спрашчэнне прыводзіць да таго, што малекула вады мае полюса. Гэта і называецца палярнасцю малекулы. Таму вада - такі добры растваральнік, гэтая розніца ў зарадах дазваляе малекулам ледзь-ледзь адцягваць на сябе электронныя аблокі іншых рэчываў, раз'яднаць крышталі на малекулы, а малекулы - на атамы.

Каб зразумець, чаму ў малекул пры адсутнасці зарада існуе палярнасць, трэба памятаць: важная не толькі хімічная формула рэчывы, але і будова малекулы, віды і тыпы сувязяў, якія ў ёй ўзнікаюць, розніца ў Электраадмо якія ўваходзяць у яе атамаў.

Навядзення або вымушаная палярнасць

Акрамя ўласнай палярнасці, існуе яшчэ і навядзенні або выкліканая фактарамі звонку. Калі на малекулу дзейнічае знешняе электрамагнітнае поле, якое значней існуючых ўнутры малекулы сіл, то яно здольна змяніць канфігурацыю электронных аблокаў. То бок, калі малекула кіслароду цягне на сябе воблака вадароду ў H ₂ O, і вонкавае поле сонаправлена з гэтым дзеяннем, то палярызацыя узмацняецца. Калі поле як бы перашкаджае кіслароду, то палярнасць сувязі трохі памяншаецца. Трэба адзначыць, што патрабуецца прыкласці дастаткова вялікі высілак, каб неяк паўплываць на палярнасць малекул, і яшчэ большае - каб паўплываць на палярнасць хімічнай сувязі. Дасягаецца гэты эфект толькі ў лабараторыях і касмічных працэсах. Звычайная мікрахвалеўка толькі ўзмацняе амплітуду ваганняў атамаў вады і тлушчаў. Але гэта ніяк не ўплывае на палярнасць сувязі.

У якім выпадку мае сэнс кірунак палярнасці

У сувязі з тэрмінам, які разглядаецца намі, нельга не згадаць, што такое прамая і зваротная палярнасць. Калі гаворка ідзе пра малекулах, то палярнасць мае знак «плюс» ці «мінус». Гэта значыць, што атам альбо аддае сваё электроннае воблака і такім чынам становіцца крыху больш станоўчым, альбо, наадварот, цягне воблака на сябе і набывае адмоўны зарад. А кірунак палярнасці мае сэнс толькі тады, калі зарад рухаецца, гэта значыць калі па правадыру ідзе ток. Як вядома, электроны рухаюцца ад іх крыніцы (адмоўна зараджанага) да месца прыцягнення (станоўча зараджаных). Варта нагадаць, што існуе тэорыя, згодна з якой электроны на самай справе рухаюцца ў адваротны бок: ад станоўчага крыніцы да адмоўнага. Але ў цэлым гэта не мае значэння, важны толькі факт іх руху. Дык вось, у некаторых працэсах, напрыклад пры зварцы металічных частак, важна, куды менавіта далучаны якія полюса. Такім чынам, важна ведаць, як падключана палярнасць: наўпрост ці ў адваротны бок. У некаторых прыборах, нават бытавых, гэта таксама мае значэнне.