6.2. Типы химической связи и квантово-механическое объяснение ковалентной связи. Строение молекул

6.2.1. Определение типа химической связи по разности электроотрицательностей атомов, образующих связь

Образование различных типов химической связи зависит от способности атомов отдавать или притягивать электроны. Такая способность характеризуется величиной электроотрицательности (ЭО). Чем больше величина ЭО. тем больше способность атомов притягивать электроны. Если разность ЭО (Δ ЭО) между двумя атомами, образующими связь равна нулю (Δ ЭО = 0), то такая связь непо­лярная ковалентная. При 0 < Δ ЭО < 2 связь полярная ковалентная. Ионная связь образуется при Δ ЭО > 2.

Пример 3. Определите, какой тип связи а соединениях КС1, Н₂, SO₂.

Решение: Пользуясь величинами ЭО для каждого атома (приложение, табл. П4), находим Δ ЭО.

Атомы	K–Cl	H–H	S–O
ЭО	0,8 3,0	2,1 2,1	2,5 3,5
ΔЭО	2,2	0	1,0

На основании полученных данных Δ ЭО делаем вывод, что связь К–С1 ионная (ΔЭО > 2), связь Н–Н неполярная ковалентная (Δ ЭО = 0) и связь S–O полярная ковалентная (0 < ΔЭО < 2).

Пример 4: Определите, в каких молекулах (CCl₄, NaH, H₂S) полярность наи­большая.

Решение: Находим значение ЭО для каждого атома (приложение, табл. П4) и определяем ΔЭО для каждой пары атомов, образующих химическую связь в молекулах.

Атомы	C–Cl	Na–H	H–S
ЭО	2,5 3,0	0,9 2,1	2,1 2,5
ΔЭО	0,5	1,2	0,4

Наиболее полярной является связь Na–H, так как в этом случае величина ΔЭО – самая наибольшая.

6.2.2. Нахождение электрического момента диполя связи и молекулы

Дня оценки полярности связи и молекулы используют электрический мо­мент диполя μ, равный произведению длины диполя на электрический заряд q (q = 1,602 · 10^-19 Кл), т.е. μ = 1q. Для полярных связей и молекул μ > 0, для непо­лярных μ = 0. Электрический момент диполя – система двух равных и противо­положных по знаку электрических зарядов – есть векторная величина, направ­ленная от положительного к отрицательному заряду. Единица измерения μ – Дебай (D): D=3,33 · 10^-30 Kл · м. Электрический момент диполя двухатомной молекулы равен электрическо­му моменту диполя связи. Электрический момент диполя многоатомной молеку­лы равен векторной сумме электрических моментов диполей всех связей.

Пример 5. Определите электрический момент диполя молекулы HF и его направление, если μ связи равен 1,9D (приложение, табл. П5).

Решение: Молекула HF – двухатомная, имеет линейное строение: H–F. Сле­довательно, электрический момент диполя связи равен электрическому моменту диполя молекулы (1,91D) и направлен от водорода, имеющего положительный заряд, к отрицательному фтору: HF (ЭО_Н = 2,1; ЭО_F = 4,0).

Пример 6. Молекула BeН₂ имеет линейное строение. Валентный угол Н–Ве–Н составляет 180°. Связи Ве–Н полярны (ЭО_Ве = 1,5; ЭО_H = 2,1). Молеку­ла Н₂О имеет угловое строение (валентный угол Н-О-Н равен 104°30'). Связи Н–О полярны (ЭО_H ⁼ 2,1; ЭО_O = 3,5). Будут ли обе молекулы полярные?

Решение: В молекуле ВеН₂ связи полярные и вектор электрического мо­мента диполя связи Ве–Н₂ направлен от (+) к (–), т.е. от бериллия с меньшей ве­личиной ЭО к водороду с большей величиной ЭО, а именно H . Векторная сумма электрических моментов диполей связей, одинаковых по величине и противоположных по знаку, равна нулю. Следовательно, молекула неполярна ( = 0).

В молекуле Н₂О полярные связи Н–О располагаются под углом 104°30' (рис. 1). Поэтому их электрические моменты диполей связей взаимно не

компенсируются Результирующая сумма электрических моментов диполей связей – не равна нулю (μ > 0), поэтому молекула воды полярна.

Пример 7. Длина диполя молекулы равна 3,37 · 10^–19 м. Найдите электрический момент диполя молекулы.

Рис. 1. Электрический момент диполя

молекулы Н₂О

Решение: Электрический заряд q = 1,602 · 10^–19 Кл. Электрический момент диполя молекулы находим по формуле μ = 1 · q = 1,602 · 10^–19 · 3,37 · 10^–11 = = 5,4 · 10 ^-30 Кл · м. (1,63 D).

Ответ: 5,4 · 10^–30 Кл·м. = (1,63 D).