Вопрос 31
Молекула
Рис. 2 Структуры простых молекул
Молекула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles — масса), наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. М. состоит из атомов, точнее — из атомных ядер, окружающих их внутренних электронов и внешних валентных электронов, образующих химические связи (см. Валентность). Внутренние электроны атомов обычно не участвуют в образовании химических связей. Состав и строение молекул данного вещества не зависят от способа его получения. В случае одноатомных молекул (например, инертных газов) понятия М. и атома совпадают.
Впервые понятие о М. было введено в химии в связи с необходимостью отличать М. как наименьшее количество вещества, вступающее в химические реакции, от атома как наименьшего количества данного элемента, входящего в состав М. (Международный конгресс в Карлсруэ, 1860). Основные закономерности строения М. были установлены в результате исследования химических реакций, анализа и синтеза химических соединений, а также благодаря применению ряда физических методов.
Полярность молекул.
Молекулы некоторых веществ вне зависимости от внешнего электрического поля представляют собой диполи, т. е. системы, имеющие два равных по величине, но противоположных по знаку электрических заряда. Такие молекулы называют полярными. Если в двухатомных молекулах сложных веществ связь между различными атомами полярна, то и сами молекулы обладают постоянным дипольным моментом.Дипольный момент таких молекул совпадает по направлению и величине с дипольным моментом связи. Примером может служить молекула НСl, в которой электронное облако смещено к хлору, следовательно, центр отрицательных зарядов лежит ближе к атому хлора, а центр положительных — к атому водорода. В молекулах простых веществ типа Н2, Cl2, N2 связь неполярна, дипольный момент их равен нулю. Такие молекулы называют неполярными. Неполярными являются и многие симметрично построенные молекулы сложных веществ. Например, молекулы двуокиси углерода СО2, сероуглерода CS2, четыреххлористого углерода СС14 неполярны, в то время как связи между атомами в них полярны. Причина этого кроется в направленности связей, в величине и направленности дипольных моментов этих связей. Чтобы рассчитать дипольный момент многоатомной молекулы, можно приближенно рассмотреть каждую валентную связь в такой молекуле как независимую от других и характеризовать значением свойственного ей дипольного момента. В этом случае дипольный момент молекулы будет равен векторной сумме дипольных моментов отдельных связей. Молекула СО2 имеет симметричное линейное строение, так как угол между направлениями связей составляет 180° С. Дипольные моменты двух отдельных связей С = О равны по величине и противоположно направлены, поэтому результирующий дипольный момент молекулы СО2 равен нулю. Подобное строение имеют молекулы CS2. Молекула СС14 имеет симметричное тетраэдрическое строение, постоянный дипольный момент ее также равен нулю. Напротив, дипольный момент молекулы воды отличен от нуля. В молекуле воды угол, между направлениями двух связей О — Н равен 104,5°, поэтому суммарный дипольный момент направлен по диагонали параллелограмма и равен 1,84 D. Дипольный момент молекулы зависит от природы связей, от их пространственного расположения и взаимодействия. В свою очередь величина и направление дипольного момента раскрывают строение молекулы, характеризуют степень полярности связей и взаимное влияние атомов и связей.
Поляризация молекул, атомов, ионов.
Важной величиной, от которой зависит целый ряд свойств молекул и атомов, является их поляризуемость. Поляризация заключается в деформации электронных оболочек, т. е. в смещении электронов относительно ядра атома под влиянием внешнего электрического поля.
Строение
молекулы двуокиси углерода.
Поляризуются как полярные, так и неполярные молекулы, но поляризация у них происходит по-разному. В неполярной молекуле (или атоме) в электрическом поле происходит деформация электронного облака, центры отрицательных и положительных зарядов расходятся и возникает диполь. Такой диполь характеризуют индуцированным дипольным моментом. Oн равен произведению заряда электрона е на расстояние /, на которое раздвигаются центры положительных и отрицательных зарядов. В отсутствии внеш¬него поля /=0 и, следовательно, дипольный момент также равен нулю. У веществ, молекулы которых являются постоянными диполями, под влиянием электрического поля происходит ориентационная поляризация. Полярные молекулы ориентируются электрическим полем так, чтобы дипольный момент молекул был направлен вдоль поля. В результате создается дополнительная поляризация молекул и длина диполя увеличивается. Ионы, подобно электрическому полю, оказывают поляризующее действие друг на друга. При встрече двух ионов происходит их взаимная поляризация, т.е. смещение электронов внешних слоев относительно ядер. Взаимная поляризация ионов зависит от зарядов ядра и иона, радиуса иона и других факторов.