极性

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极性

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在化学中,极性是导致分子或其化学基团具有电偶极矩、带负电端和带正电端的电荷分离。

由于键合原子之间的电负性差异,极性分子必须包含一个或多个极性键。 如果键偶极子通过对称相互抵消,则含有极性键的分子没有分子极性。

极性分子通过偶极-偶极分子间力氢键相互作用。 极性是许多物理性质的基础,包括表面张力溶解度以及熔点和沸点。

键的极性

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并非所有原子都以相同的力吸引电子。 原子对其电子施加的拉力称为其电负性。 具有高电负性的原子(例如氟、氧和氮)比具有较低电负性的原子(例如碱金属和碱土金属)对电子的拉力更大。 在键合中,这导致原子之间不平等地共享电子,因为电子将被吸引到更接近具有更高电负性的原子。

由于电子带负电荷,键内电子的不平等共享导致电偶极子的形成:正电荷和负电荷的分离。 由于此类偶极子中分离的电荷量通常小于基本电荷,因此称为部分电荷,表示为 δ+(delta plus)和 δ−(delta minus)。键偶极矩的计算方法是将分离的电荷量乘以电荷之间的距离。

分子内的这些偶极子可以与其他分子中的偶极子相互作用,产生偶极子-偶极子分子间力。

分类

债券可能介于两个极端之一——完全非极性或完全极性之间。 当电负性相同并因此具有零差时,会出现完全非极性的键。 完全极性的键更正确地称为离子键,当电负性之间的差异大到足以使一个原子实际上从另一个原子获取电子时,就会发生这种情况。 术语极性和非极性通常适用于共价键,即极性不完整的键。 为了使用数值方法确定共价键的极性,使用了原子电负性之间的差异。

键极性通常根据两个键合原子之间的电负性差异大致分为三组。 根据鲍林量表:

  • 当两个原子之间的电负性差异小于 0.5 时,通常会出现非极性键
  • 当两个原子之间的电负性差异大致在 0.5 和 2.0 之间时,通常会出现极性键
  • 当两个原子之间的电负性差异大于 2.0 时,通常会形成离子

鲍林基于键的部分离子特性建立了这种分类方案,这是两个键合原子之间电负性差异的近似函数。 他估计 1.7 的差异对应于 50% 的离子特性,因此更大的差异对应于主要是离子的键。

作为量子力学描述,鲍林提出极性分子 AB 的波函数是共价分子和离子分子波函数的线性组合:ψ = aψ(A:B) + bψ(A+B−)。 共价和离子特性的数量取决于平方系数 a2 和 b2 的值。

键偶极矩

键偶极矩使用电偶极矩的概念来测量分子内化学键的极性。 只要正电荷和负电荷分离,就会发生这种情况。

键偶极子 μ 由下式给出:

μ = δ d {displaystyle mu =delta ,d} 。

键偶极子被建模为 δ+ - δ–,部分电荷 δ+ 和 δ– 之间的距离为 d。 它是一个矢量,平行于键轴,从负指向正,这是电偶极矩矢量的常规矢量。

极性

化学家经常画出从加号指向减号的矢量。 这个向量可以在物理上解释为当两个原子相距 d 并允许相互作用时电子所经历的运动,电子将从它们的自由态位置移动到更多地定位在更具电负性的原子周围。

电偶极矩的 SI 单位是库仑计。 这太大了,在分子尺度上不实用。 键偶极矩通常以德拜为单位测量,用符号 D 表示,它是通过以 10−10 statcoulomb 为单位测量电荷 δ {displaystyle delta } 和以埃为单位的距离 d 获得的。

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  1. 极性
  2. 键的极性
  3. 分类
  4. 键偶极矩

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