Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Большаяфизхимия (последний вариант).doc
Скачиваний:
98
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
4.82 Mб
Скачать

Молекулы типа симметричного волчка. Примером такой молекулы может служить молекула аммиака (nh3).

Jz = 3m2 r122 Sin2

Jx = Jy =( 3m2 r122)/2(1+2m2/m1)[2-(1-3m2/m1) Sin2]

Угол HNH – 107о17

Молекулы типа асимметрического волчка. Примером такой молекулы может служить молекула воды (Н2О).

Jz Jx Jy

Jz = 2m1m2/(2m2+m1) r122 Cos2(/2)

Jy = 2m2 r122 Sin2(/2)

Jx = Jz + Jy

Угол НОН – 104о31

Полярная связь. Электрический дипольный момент молекулы

Для многих гетероядерных молекул можно отметить характерную особенность: электронная плотность в них распределена неравномерно относительно ядер субкомпонентов. При таком распределении электронной плотности химическую связь называют полярной ковалентной связью, а молекулы полярными.

Строение и структура молекул зависит от распределения в пространстве электрических зарядов атомных ядер. Распределение зарядов в пространстве характеризует дипольный момент молекулы. Если электрические центры тяжести положительных и отрицательных зарядов не совпадают, в молекуле возникает постоянный электрический диполь – система двух равных по величине и противоположных по знаку зарядов +q и –q, разделенных расстоянием l, называемым длиной диполя (Рис. 1.2).

/–q/ = /+q/ = q

Рис. 1.2 Возникновение дипольного момента

в полярной молекуле вещества

Взаимодействие молекулы с электрическим полем будет зависеть от величины вектора – электрического дипольного момента молекулы. Вектор , так же как и l, направлен от отрицательного к положительному полюсу.

= q l . (1.22)

Молекула – совокупность множества положительны и отрицательных зарядов. Задача состоит в том, чтобы свести к электрическому диполю все множество зарядов. Полярность связи тесно связана с электроотрицательностью атомов элементов. Чем больше разница в электроотрицательности, тем полярнее связь. Если координаты центров положительных и отрицательных зарядов совпадают, то = 0 (молекула неполярная симметричная), а если 0 – полярная. Размерность электрического дипольного момента в СИ – Кл м (порядок величин – 10-30 Кл м), а в СГС – эл.ст.ед. см.

10-18 эл.ст.ед. см. = 1 Д (дебай).

По величине дипольного момента можно судить о полярности химической связи. При очень высокой полярности связи   310-29 Клм, или  9 Д, – электронный заряд на связывающей орбитали уже не распределен между двумя ядрами, а практически сосредоточен в области одного ядра (NaF, NaCl). Предельное состояние связи при очень высокой полярности названо ионной связью. В молекулах с полярной ковалентной связью распределение электронной плотности – промежуточное между двумя предельными распределениями: чисто ковалентной и ионной связями. Донорно-акцепторная связь по своей природе является ковалентной связью с той или иной степенью полярности.

Поляризация. Если какое-нибудь вещество поместить во внешнее электрическое поле, то атомы, молекулы или ионы этого вещества под действием поля претерпевают те или иные изменения, которые объединяются общим названием – поляризация. Сюда входят смещение электронов относительно ядра атома (электронная поляризация), относительное смещение самих атомов, образующих молекулу (атомная поляризация) и ориентация полярных молекул, диполей, в пространстве в соответствии с направлением поля (ориентационная поляризация).

Если вещество состоит из неполярных молекул, то в постоянном электрическом поле за счет поляризации центры тяжести положительных и отрицательных зарядов, совпадающих до этого, смещаются относительно прежнего положения и отстоят теперь друг от друга на расстоянии l (рис 1.3).

Рис. 1.3 Возникновение индуцированного дипольного момента в неполярной молекуле

В частице возникает индуцированный (наведенный) дипольный момент.

инд = q l . (1.23)

Зависимость инд от напряженности электрического поля Е можно выразить соотношением:

инд = Е . (1.24)

Коэффициент пропорциональности называют поляризуемостью молекул. Поляризуемость в системе СГС имеет размерность объема:

= инд/Е= = объем. (1.25)

Величина поляризуемости молекул имеет порядок 1 Ǻ 3 (1Ǻ 3 = 10-30 м3) и характеризует объем электронного облака молекулы. В СИ эта наглядность утрачивается, где  имеет размерность Кл м2/В.

Используя рассмотренные выше величины, характеризующие распределение масс (m) и зарядов (q) молекул в пространстве, можно судить о насыщенности, направленности и полярности (поляризуемости) химических связей.

1.3. МАКРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

Вещество – совокупность большого числа частиц (1 моль: NА=6,02 1023). Свойства этого множества частиц – макроскопические. Главная особенность – возможность их прямого измерения на опыте (экспериментально и непосредственно).

Ранее были рассмотрены некоторые микроскопические свойства веществ. Каждое свойство характеризует вполне определенную особенность и не сводится ни к какому другому. Тем не менее, многие из макроскопических свойств обладают некоторыми общими признаками. Наличие какого-нибудь специфического признака (или совокупности признаков) у одних свойств и отсутствие его у других может служить основой для их классификации по данному признаку. Одна из таких классификаций базируется на наличии (отсутствии) у свойств системы признака аддитивности, выражающегося в способности данного свойства выступать в виде суммы соответствующих свойств областей, на которые разбита система.

Экстенсивные (аддитивные) свойства. Примером экстенсивных свойств являются – масса, объем, электрический заряд, числа молей компонентов, т.е. mk, Vk, Nk, qk и др (рис. 1.7).

Х = Х()

1

2

3

Рис. 2.7 ……………

 – область или подсистема

 = 1, 2 ...................... 

Интенсивные (неаддитивны свойства) – это свойства, лишенные такого признака. Они выступают как функции точки и имеют определенные значения в каждой точке тела или системы:

Y = Y (x,y,z) = Y ( z ).

Интенсивные свойства образуют в пространстве поля.

Y

поле

неоднородно

1

поле

однородно

2

Y

х

К интенсивным свойствам относятся температура (Т), давление (Р), электрический () и химический () потенциалы, а также градиенты этих величин.

Т, Р,, 

– интенсивные (неаддитивные) свойства.

Т, Р,  