16. Поляризация связи. Дипольный момент связи. Характеристики взаимодействующих атомов: потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность. Степень ионности связи.

- Дипольный момент — физическая величина, характеризующая электрические свойства системы заряженных частиц. В случае диполя (две частицы с разноимёнными зарядами) электрический дипольный момент равен произведению положительного заряда диполя на расстояние между зарядами и направлен от отрицательного заряда к положительному. Дипольный момент химической связи обусловлен смещением электронного облака в сторону одного из атомов. Связь называется полярной, если соответствующий дипольный момент существенно отличается от нуля. Возможны случаи, когда отдельные связи в молекуле полярны, а суммарный дипольный момент молекулы равен нулю; такие молекулы называются неполярными (напр., молекулы СО₂ и CCl₄). Если же дипольный момент молекулы отличен от нуля, молекула называется полярной. Например, молекула Н₂О. Порядок величины дипольного момента молекулы определяется произведением заряда электрона (1,6.10^-19 Кл) на длину химической связи (порядка 10^-10 м).

Химическая природа элемента обуславливается способностью его атома терять и приобретать электроны. Эта способность может быть количественно оценена энергией ионизации атома и его сродством к электрону.

- Энергией ионизации атома называется количество энергии, необходимое для отрыва электрона от невозбужденного атома. Она выражается в килоджоулях на моль. Для многоэлектронных атомов энергии ионизации Е1, Е2, Е3, …, Еn соответствуют отрыву первого, второго и т.д. электронов. При этом всегда E1<E2<E3, т.к. увеличение числа оторванных электронов приводит к возрастанию положительного заряда образующегося иона. Энергия ионизации атома зависит от его электронной конфигурации. Завершенные электронные слои обнаруживают повышенную устойчивость. Наименьшими значениями энергии ионизации обладают s-элементы первой группы.

- Сродство атома к электрону – энергетический эффект присоединения электрона к нейтральному атому с превращением его в отрицательный ион. Сродство атома к электрону выражают в кДж/моль. Сродство к электрону численно равно, но противоположно по знаку энергии ионизации отрицательно заряженного иона и зависит от электронной конфигурации атома. Наибольшим сродством к электрону обладают p-элементы 7 группы. Сродства к электрону не проявляют атомы с конфигурацией s2 (Be, Mg, Ca) и s2p6(Ne, Ar, Kr) или наполовину заполненные p-подслоем (N, P, As).

- Электроотрицательность - усредненная характеристика способности атома, находящегося в соединении, притягивать электрон. При этом пренебрегают разницей в состояниях атомов в различных соединениях. В отличие от потенциала ионизации и сродства к электрону, ЭО – не строго определенная физическая величина, а полезная условная характеристика. Наиболее электроотрицательный элемент – фтор. ЭО зависит от энергии ионизации и сродства к электрону. Согласно одному из определений ЭО атома может быть выражена как полусумма его энергии ионизации и сродства к электрону. Элементу нельзя приписать постоянную ЭО. Она зависит от многих факторов, в частности от валентного состояния элемента, типа соединения, в которое он входит, и пр.

17. Поляризационная способность и поляризующее действие. Объяснение некоторых физических свойств веществ с точки зрения этой теории.

- Теория поляризации рассматривает все вещества чисто ионные. В отсутствие внешнего поля все ионы имеют сферическую форму. При сближении ионов поле катиона влияет на поле аниона, и они деформируются. Поляризация ионов – смещение внешнего электронного облака ионов относительно их ядра.

Поляризация состоит из двух процессов:

1. поляризуемость иона

2. поляризующее действие на другой ион

Поляризуемость иона – мера способности электронного облака иона к деформации под влиянием внешнего электрического поля.

Закономерности поляризуемости ионов:

1. Анионы поляризуются сильнее, чем катионы. Избыточная электронная плотность приводит к большой диффузности, рыхлости электронного облака.

2. Поляризуемость изоэлектронных ионов увеличивается с уменьшением положительных увеличением отрицательных зарядов. Изоэлектронные ионы имеют одинаковую конфигурацию.

3. У многозарядных катионов заряд ядра намного превышает число электронов. Это уплотняет электронную оболочку, она стабилизируется, поэтому такие ионы подвержены деформации в меньшей степени. Поляризуемость катионов уменьшается при переходе от ионов с внешней электронной оболочкой, заполненной 18 электронами, к незаполненной, и далее к ионам благородного газа. Это связано с тем, что для электронов одного периода d-электронная оболочка более диффузна по сравнению с s- и p-электронными оболочками, т.к. d-электроны проводят больше времени у ядра. Поэтому d-электроны сильнее взаимодействуют с окружающими анионами.

4. Поляризуемость ионов – аналогов возрастает с увеличением числа электронных слоев. Труднее всего поляризуемость происходит у малых по размеру и многозарядных катионов, с электронной оболочкой благородных газов. Такие катионы называют жесткими. Легче всего поляризуются объемные многозарядные анионы и малозарядные объемные катионы. Это мягкие ионы.

- Поляризующее действие. Зависит от зарядов, размеров и строения внешнего электронного слоя.

1. Поляризующее действие катиона увеличивается с увеличением его заряда и уменьшением радиуса. Максимальное поляризующее действие характерно ля Катонов с малыми радиусами и большими зарядами, поэтому они образуют соединения ковалентного типа. Чем больше заряд, тем больше поляризующая связь.

2. Поляризующее действие катионов увеличивается при переходе о ионов с s-электронным облаком к неполному и к 18-электронному. Чем больше поляризующее действие катиона, тем больший вклад ковалентной связи.

- Применение теории поляризации для объяснения физических свойств:

Чем больше поляризуемость аниона (поляризующее действие катиона), тем более вероятно, что он образует ковалентную связь. Поэтому температура кипения и плавления у соединений с ковалентной связью будет меньше, чем у соединений ионной связью. Чем больше ионность связи, тем выше температура плавления и кипения.

Деформация электронной оболочки оказывает влияние на возможность отражать или поглощать световые волны. Отсюда с позиции теории поляризации можно объяснить окраску соединений: белое – все отражает; черное – поглощает; прозрачное – пропускает. Это связано: если оболочка деформирована, то квантовые уровни электронов сближаются, уменьшая энергетический барьер, поэтому для возбуждения требуется малая энергия. Т.к. поглощение связано с возбуждением электронов, т.е. с переходом их на высоколежащие уровни, то при наличии высокой поляризации уже видимый свет может возбуждать внешние электроны и вещество окажется окрашенным. Чем выше заряд аниона, тем меньше интенсивность окраски. Поляризующее действие оказывает влияние на реакционную способность соединений, поэтому для многих соединений соли кослород-содержащих кислот более устойчивы, чем сами соли. Самое большое поляризующее действие у d-элементов. Чем больше заряд, тем больше поляризующее действие.