Смещение электронной плотности К атому с большей эо получило название поляризации.

Молекулы, образованные атомами с одинаковой ЭО, являются электросимметричными, т.е. у них «центры тяжестей» положительных и отрицательных зарядов совпадают. Такие молекулы получили название ковалентных неполярных (например, H₂, Cl₂),а связь вних называется ковалентной неполярной связью.

Молекулы, в которых имеет место поляризация, характеризуются электрической асимметрией, у таких молекул «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают.

По этой причине распределение электронной плотности вдоль связи асимметрично, а следовательно, атом более электроотрицательного элемента приобретает отрицательный эффективный заряд (обозначение ), а атом-партнер − положительный эффективный заряд (обозначение ).

Ковалентные связи между атомами, несущими некоторый эффективный заряд, называются полярными ковалентными связями, а молекулы − ковалентно-полярными.

Пример. В молекуле HCl распределение электронной плотности вдоль связи H−Cl таково, что электрический «центр тяжести» отрицательного заряда смещен к атому Cl, а «центр тяжести» положительного заряда – к атому Н. В результате на атомах хлора и водорода возникают эффективные заряды Н −Cl .

Полярные молекулыявляются диполями, т.е. системами, состоящими из двух равных по величине и противоположных по знаку зарядов, находящихся на некотором расстоянии один от другого. Полярной является молекула воды Н₂О.

Расстояние между центрами положительного и отрицательного зарядов называется длиной диполя . Полярность молекулы характеризуется величиной ее дипольного момента , который равен векторной сумме дипольных моментов связей, имеющихся в молекуле.

Дипольный момент связи равен произведение длины диполя на величину электрического заряда :

.

Длина диполя имеет значение порядка диаметра атома, т.е. 10^{-8 см, а величина заряда электрона 1,6·10-19} Кл. Дипольный момент выражают в дебаях и обозначают буквой D. В системе единиц СИ дипольный момент измеряется в кулон-метрах (Кл∙м):

1 D =3,3∙10^-30 Кл·м.

Дипольный момент двухатомных молекул равен дипольному моменту связи. Если связь неполярная, то и молекула неполярна.

Например, в ряду галогеноводородов с уменьшением разности ЭО атомов, образующих молекулу, дипольный момент убывает:

HCl	HBr	HI
=1,04	=0,79	=0,39

В многоатомных молекулах дипольный момент молекулы равен векторной сумме дипольных моментов отдельных связей. Например, молекула СО₂ (О^d−=С^d+=О^d−) – неполярна, хотя связи С=О полярны, так как О←С→О и суммарный дипольный момент молекулы равен нулю.

Молекула SO₂ – полярна, дипольный момент =1,61 D.

Полярность молекулы зависит не только от наличия в ней полярных связей, но и от геометрической формы молекулы. В рассмотренных примерах молекула СО₂ имеет линейное строение, а молекула SO₂ – угловое строение.

Основные параметры молекул

Информацию о строении вещества можно получить, исследуя его физические и химические свойства. С помощью физических методов определяют основные параметры молекул: межъядерные расстояния (т.е. расстояния между центрами атомов) и валентные углы (углы между связями).

Межъядерное расстояние между химически связанными атомами называется длиной связи. Например, в молекуле воды длина связи О−Н (расстояние между ядрами водорода и кислорода) равна 0,96 , а угол между связями О−Н, направленными от атома кислорода, равен 104,5°.

Важнейшей характеристикой химической связи является энергия связи Е, определяющая ее прочность. Мерой прочности связи может служить количество энергии, затрачиваемое на ее разрыв.

Длина и энергия связи, валентные углы непосредственно зависят от характера распределения электронной плотности в молекулах.

Примеры решения типовых задач

Пример 1.Определите тип химической связи в молекулах NaBr, HBr, Br₂.

Решение. Тип химической связи в молекуле можно определить, сравнивая значения электроотрицательностей (ЭО) атомов, входящих в ее состав (см. табл. 1.1).

Молекулы, образованные атомами, имеющими одинаковую ЭО, являются электросимметричными, химическая связь в них– ковалентная неполярная (Br₂).

Если электроотрицательности атомов отличаются друг от друга (как в данном случае, в молекуле NaBr − ЭО_Na =0,9, ЭО_Br =2,8; в молекуле HBr − ЭО_H=2,1, ЭО_Br=2,8), то связь в молекуле – ковалентная полярная.

С увеличением разности между ЭО атомов растет степень ионности связи в молекуле. Разность ЭО, равная 1,7, соответствует 50%-ному ионному характеру связей, поэтому связи с разностью больше 1,7 могут считаться ионными.

В молекуле NaBr – разность ЭО равна 1,9; следовательно, химическая связь в ней – ионная.

В молекуле HBr разность ЭО равна 0,7 и соответственно, связь – ковалентная полярная.

Пример 2. Приведите орбитальную схему перекрывания электронных облаков в молекуле BH₃.

Решение. Перекрывание sp ² -гибридных орбиталей атома бора с 1 s -АО трех атомов водорода приводит к образованию треугольной (тригональной) молекулы гидрида бора BH₃.

Ввалентный угол H–B–H в молекуле BH₃ равен 120° (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Пространственная конфигурация молекулы BH₃

Пример 3. Укажите тип гибридизации и валентные углы в молекуле BeCl₂.

Решение. В молекуле ВеСl₂ обе химические связи равноценны несмотря на то, что в их образовании участвуют различные орбитали (s и p) центрального атома (электронная формула атома Be в возбужденном состоянии 1s²2s¹2p¹). Это объясняется гибридизацией s- и p-орбиталей, приводящей к образованию двух гибридных sp-орбиталей.

Перекрывание 2−х sp -гибридных орбиталей атома бериллия с 3 p- атомными орбиталями 2−х атомов хлора приводит к образованию линейной молекулы хлорида бериллия ВеСl₂.

Валентный угол Cl–Be–Cl в молекуле ВеСl₂ равен 180°.