3.9. Полярность ковалентной связи. Дипольный момент

Как уже отмечалось, полярность химической ковалентной связи обусловлена частичным смещением поделенной электронной плотности к более электроотрицательному атому. Полярность (ионность) связи условно показывает, какая часть поделенной электронной плотности полностью смещена к другому атому. Ионность (i) выражается либо в долях единицы, либо в процентах. Она может быть вычислена квантовохимическим расчетом, либо по выражению Полинга через электроотрицательности атомов (cЭ1 и cЭ2):

где а - постоянная, либо другими способами. Наибольшая ионность связи имеет место во фторидах и хлоридах s-элементов. Так, в кристаллах RbCl, KCl, NaCl и NaF она равна 99, 98, 90, и 97%, соответственно.

В молекуле электроны определенным образом распределены в пространстве. Ядра же заряжены положительно. В общем, принято характеризовать распределение электрического заряда положением электрического центра “тяжести”, подобно тому, как твердое тело может быть охарактеризовано положением центра тяжести. В молекуле выделяют 2 центра тяжести электрического заряда: положительный (от ядер) и отрицательный (от электронов). Эти заряды в молекулах получили название полюсов молекулы. Если местоположения полюсов молекулы совпадают, то такие молекулы называют неполярными. Условное обозначение неполярной молекулы:

Если местоположения полюсов не совпадают, то такие молекулы называют полярными:

Систему, состоящую из двух электрических зарядов +d и -d , равных по величине, но противоположных по знаку и расположенных на расстоянии l друг от друга, называют электрическим диполем. Поэтому полярные молекулы называются диполями.

Количественной характеристикой полярности молекулы служит величина - дипольный момент.

m = d·l

Дипольный момент является векторной величиной. Его направление принимается от положительного полюса к отрицательному (обозначается так: + ® или +® .

Следует иметь в виду, что не все молекулы с полярными отдельными участками будут, в целом, полярны. Если геометрия молекулы такова, что отдельные дипольные моменты связей взаимно компенсируются, то в целом молекула неполярна. Например, это имеет место в молекуле диоксида углерода:

Приближенно дипольный момент многоатомной молекулы можно рассматривать как векторную сумму дипольных моментов отдельных связей. Например, в молекуле о-дихлорбензола суммарный дипольный момент определяется векторной суммой дипольных моментов связей Н-С и С-Cl:

Однако, полярность некоторых молекул не может быть передана в рамках модели полярности связей. Например, в молекулах CO и BF распределение эффективных зарядов такое же, как и ожидается, исходя из электроотрицательностей:

,

а действительное направление дипольных моментов - противоположное ожидаемому. Это связано с тем, что при оценке дипольных моментов молекулы следует учитывать не только явное перетекание заряда от одного атома к другому, а и распределение его около данного атома. В частности, необходимо учитывать и дипольные моменты электронных пар. Например, в молекуле CO сказывается собственный дипольный момент неподеленной электронной пары углерода: