Количественные характеристики химической связи: энергия связи, длина, валентный угол. Полярность связи и полярность молекулы в целом, дипольный момент молекулы

1. Энергия химической связи является мерой ее прочности.
Энергия связи — это энергия, выделяющаяся при образовании одного моля связей данного типа или энергия, необходимая для разрыва химической связи во всех молекулах, составляющих один моль вещества (количество связей равное числу Авогадро). Чаще всего энергию связи измеряют в кДж/моль. Наиболее прочными являются ионные и ковалентные связи, энергии этих связей составляют величины от десятков до сотен кДж/моль. Металлическая связь, как правило, несколько слабее ионных и ковалентных связей, но величины энергий связи в металлах близки к значениям энергии ионных и ковалентных связей. Об этом свидетельствуют, в частности, высокие температуры кипения металлов, например 357 °С (Hg), 880 °С (Na), 3000 ° С (Fe) и т. д. Так например, при образовании одного моля молекул водорода из атомов выделяется 435 кДж/ моль энергии. Такова энергия связи Н – Н. Такое же количество энергии необходимо затратить для того, чтобы превратить один моль молекул в атомы: Н₂ = 2Н – 435 кДж/моль.

2. Длина связи – расстояние между ядрами связанных атомов. Так в молекуле воды длина связей между атомом кислорода и атомами водорода составляет 0,096 нм (d (OH) = 0,096 нм), в молекуле аммиака длина связи между атомом азота и атомами водорода составляет 0,1015 нм.

3. Валентный угол или угол связи – угол между линиями двух связей одного и того же атома. Очевидно, что понятие валентного угла применимо только к молекулам (ионам, радикалам), содержащим три и более атомов в молекуле (ионе, радикале). Так, в молекуле воды угол связи составляет 104,5⁰, в молекуле аммиака – 107,3⁰:

Ковалентная связь характеризуется направленностью и насыщаемостью. Ионная и металлическая связи не имеют определенной направленности.

Насыщаемость ковалентной связи обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов, т.е. их способностью к образованию строго определенного числа связей, которое обычно лежит в пределах от 1 до 6. Общее число валентных орбиталей в атоме, т.е. тех, которые могут быть использованы для образования химических связей, определяет максимально возможную валентность элемента. Число уже использованных для этого орбиталей определяет валентность элемента в данном соединении.
Направленность ковалентной связи является результатом стремления атомов к образованию наиболее прочной связи за счет возможно большей электронной плотности между ядрами. Это достигается при такой пространственной направленности перекрывания электронных облаков, которая совпадает с их собственной.

4. Ковалентная связь может быть полярной или неполярной.

Неполярной является связь, образованная атомами одного и того же элемента. При этом общее электронное облако расположено симметрично в пространстве между ядрами. Полярная связь образуется между атомами разных элементов.

Полярность связи количественно оценивается дипольным моментом µ, который является произведением длины диполя l — расстояния между двумя равными по величине и противоположными по знаку зарядами +q и -q — на абсолютную величину заряда: µ = l × q.
Дипольный момент является величиной векторной и направлен по оси диполя от отрицательного заряда к положительному.

В системе СИ дипольный момент измеряется в Кл×м, но обычно для полярных молекул в качестве единицы измерения используется дебай (единица названа в честь П. Дебая):
1 D = 3,33×10^–30 Кл×м
Следует различать дипольные моменты (полярность) связи и молекулы в целом. Так, для простейших двухатомных молекул дипольный момент связи равен дипольному моменту молекулы.
Для многоатомных молекул дипольный момент представляет собой векторную сумму дипольных моментов химических связей. Поэтому, если молекула симметрична, то она может быть неполярной, даже если каждая из ее связей обладает значительным дипольным моментом. Например, в плоской молекуле BF₃ или в линейной молекуле BeCl₂ сумма дипольных моментов связей равна нулю:

Аналогично, нулевой дипольный момент имеют тетраэдрические молекулы CH₄ и CBr₄. Однако, нарушение симметрии, например в молекуле BF₂Cl, обусловливает дипольный момент, отличный от нуля.
B молекуле оксида углерода (IV) каждая из связей полярна, а молекула в целом неполярна (µ = 0), так как молекула О==С==О линейна, и дипольные моменты связей С==О компенсируют друг друга. Наличие дипольного момента в молекуле воды означает, что она нелинейна, т. е. связи О—Н расположены под углом, не равным 180° (104,5⁰).
О==С==О
µ→ ←µ

Дата добавления: 2015-04-24