Kemiallisten sidosten polariteetti

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 10. heinäkuuta 2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Kemiallisten sidosten polariteetti on kemiallisen sidoksen ominaisuus  ( yleensä kovalenttinen ), joka osoittaa muutoksen elektronitiheyden jakautumisessa ytimiä ympäröivässä tilassa verrattuna elektronitiheyden jakautumiseen tämän sidoksen muodostavissa neutraaleissa atomeissa .

Molekyylissä olevan sidoksen polariteetti on mahdollista kvantifioida. Tarkan kvantitatiivisen arvioinnin vaikeus piilee siinä, että sidoksen polariteetti riippuu useista tekijöistä: yhdistävien molekyylien atomien ja ionien koosta; sen sidoksen lukumäärästä ja luonteesta , joka yhdistävillä atomeilla oli jo ennen niiden annettua vuorovaikutusta; rakenteen tyypistä ja jopa niiden kidehilojen vikojen ominaisuuksista . Tällaisia ​​laskelmia tehdään eri menetelmillä, jotka yleensä antavat suunnilleen samat tulokset (arvot). Esimerkiksi HCl :n osalta havaittiin, että tämän molekyylin jokaisen atomin varaus on yhtä suuri kuin 0,17 koko elektronin varauksesta . Vetyatomilla +0,17 ja klooriatomilla -0,17.

Atomien niin kutsuttuja tehollisia varauksia käytetään useimmiten sidoksen polariteetin kvantitatiivisena mittana.

Tehokas varaus määritellään jollain avaruuden alueella lähellä ydintä sijaitsevien elektronien varauksen ja ytimen varauksen väliseksi eroksi. Tällä mitalla on kuitenkin vain ehdollinen ja likimääräinen [suhteellinen] merkitys, koska on mahdotonta erottaa yksiselitteisesti molekyylistä aluetta, joka kuuluu yksinomaan yhdelle atomille, ja useiden sidosten tapauksessa tiettyyn sidokselle.

Tehollisen varauksen olemassaolo voidaan ilmaista atomien varausten symboleilla (esim. H δ+  - Cl δ− , jossa δ on jokin osa alkeisvarauksesta) (O δ− =C 2δ+ =O δ − ), H δ+ -O 2δ− -H δ+ .

Melkein kaikki kemialliset sidokset, lukuun ottamatta sidoksia diatomisissa homonukleaarisissa molekyyleissä, ovat jossain määrin polaarisia. Kovalenttiset sidokset ovat yleensä heikosti polaarisia. Ionisidokset  ovat erittäin polaarisia.

Tehokas veloitus

Röntgenspektrin analyysi mahdollistaa atomien tehollisten varausten ja siten yhdisteiden kemiallisen sidoksen tyypin määrittämisen. Voit tehdä tämän vertaamalla vapaiden atomien ja niiden yhdisteiden röntgenspektrin linjojen sijaintia. Jos yhdisteen atomilla on vastaava tehollinen varaus δ, niin spektrin viivat osoittautuvat siirtyneiksi verrattuna vapaan atomin spektreihin. Spektriviivojen siirtymän suuruuden perusteella δ määritetään sopivilla laskentamenetelmillä.

Eri menetelmillä määritetyt δ-arvot vaihtelevat merkittävästi. Tässä annetut δ:n arvot kiinnostavat meitä havainnollistamaan yleistä suuntausta niiden muutoksissa samantyyppisten yhdisteiden sarjassa.

PSCE :n 2., 3. jakson ja 1. ryhmän alkuaineiden oksidien teholliset varaukset O
Oksidi Lataa Oksidi Lataa Oksidi Lataa
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−
2 _ Cl2O7 _ _ _ 0,02− (0,01−)
Joidenkin yhdisteiden atomien teholliset varaukset δ
Aine Atomi ja sen hapetustila Lataus δ Kemiallinen yhdiste Atomi ja sen hapetustila δ
HF HEI) 0,40+ Cr[(CO) 6 ] cr(0) 0,4+
HCl HEI) 0,18+ CrCl2_ _ Cr(II) 1,9+
NaF Na(I) 0,98+ CrCl 3 Cr(III) 1.2+
NaCl Na(I) 0,92+ [ Cr (NH3 ) 6 ] Cl3 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), oheislaite 0,5− B2H6 _ _ _ B(III) 0,22+
CL(-1) 0,55− B2H6 _ _ _ H (I), silloitettu 0,22−
I (+1), keski 0,11+ XEF 2 F(I) 0,5−
[•C≡N:] − [•N≡C:] − / • [1]

Kuten taulukosta voidaan nähdä, yhdisteen alkuaineen hapetusaste ei ole arvoltaan sama kuin tuloksena oleva [tehokas] atomin varaus. Tämän todistaa myös typen 1s-elektronin sitoutumisenergian tutkimus atomin tehollisen varauksen funktiona. Joten typen hapetusasteella +5 NaNO 3: ssa typpiatomin tehollinen varaus on vain 0,4+

( = 0,6−; = 0,55− ; = 0,5−; = 0,3− ; = 0,05+; = 0,1+ ; = 0,15+;). Raudan hapetusasteella 0 ja +2 yhdisteissä Fe(CO) 5 ja Fe(C 6 H 5 ) 2 näiden yhdisteiden rautaatomin tehollinen varaus on lähellä 1+

((δ) = 0,5+; = 0,9+; • 12H 2O = 1,5+ ; = 1,8+ ; = 1,9+, ja yleinen suuntaus on suoraan verrannollinen sitoutumisenergian arvojen nousuun ).

Eri menetelmillä ( optinen spektroskopia , NMR , myös kvanttikemiallisiin laskelmiin perustuva) saatujen suhteellisten tehollisten varausten arvot voivat poiketa toisistaan. Käytettävissä olevat δ-arvot osoittavat kuitenkin, että korkean varauksen omaavien yhdisteiden atomeissa ei ole [vastaten elektronin absoluuttista varausta ] eikä puhtaasti ionisia yhdisteitä ole.

Välittömät ja indusoidut dipolit.

Molekyyli on dynaaminen järjestelmä, jossa elektronit liikkuvat jatkuvasti ja ytimet värähtelevät. Siksi varausten jakautuminen siinä ei voi olla täysin vakio. Esimerkiksi Cl2 - molekyyli luokitellaan ei-polaariseksi: sen sähköisen dipolimomentin arvo on nolla. Kuitenkin kullakin hetkellä tapahtuu tilapäinen varausten siirtymä johonkin klooriatomeista: Cl δ+ → Cl δ− tai Cl δ− ← Cl δ+ , jolloin muodostuu hetkellisiä mikrodipoleja . Koska tällainen varausten siirtyminen mihin tahansa atomiin on yhtä todennäköistä, keskimääräinen varausjakauma vastaa täsmälleen dipolimomentin keskimääräistä nolla-arvoa.

Polaarisilla molekyyleillä dipolimomentin arvo millä tahansa ajanhetkellä on jonkin verran suurempi tai jonkin verran pienempi kuin sen keskiarvo. Hetkellisen dipolin suunta ja suuruus ovat alttiina jatkuville vaihteluille dipolin vakiomomentissa. Siten mitä tahansa ei-polaarista ja polaarista molekyyliä (ja siinä olevaa atomia) voidaan pitää sarjana jaksoittaisia, erittäin nopeasti suuruus- ja suuntamuuttuvia hetkellisiä mikrodipoleja.

Ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta molekyyli polarisoituu , eli varaukset jakautuvat siinä uudelleen ja molekyyli saa uuden arvon dipolin sähkömomentille. Tässä tapauksessa ei-polaariset molekyylit voivat muuttua polaarisiksi, ja polaarisista tulee vielä polaarisempia. Toisin sanoen ulkoisen sähköpostin vaikutuksesta. Molekyylikentissä indusoituu dipoli, jota kutsutaan indusoiduksi tai indusoiduksi . Toisin kuin jatkuvat ja hetkelliset, indusoidut (indusoidut) dipolit ovat olemassa vain ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta. Kentän päätyttyä indusoidut dipolit katoavat. Molekyylien polariteetti ja polarisoituvuus määräävät molekyylien välisen vuorovaikutuksen .

Muistiinpanot

  1. ↑ Tässä merkit osoittavat muodollisia maksuja eli kokonaislukuarvoja -1 ja +1 (katso Formaalinen maksu ).

Katso myös

Lähteet

 Rakennekemia
kemiallinen sidos
Rakenteen näyttö
Elektroniset ominaisuudet
Stereokemia
 kemiallinen sidos
Molekyyliensisäinen
vuorovaikutus
kovalenttisidos
yksittäinen sidos
Moninkertainen sidos
Koordinoiva linkki
Muut
Muut
Molekyylien
välinen vuorovaikutus