Полярные и неполярные молекулы

H. + .H = H:H

Таким образом, в молекуле водорода одна общая электронная пара и одна химическая связь H–H. Эта электронная пара не смещается ни к одному из атомов водорода, т.к. электроотрицательность у атомов водорода одинаковая. Такая связь называется ковалентной неполярной.

Ковалентная неполярная (симметричная) связь – это ковалентная связь, образованная атомами с равной элетроотрицательностью (как правило, одинаковыми неметаллами) и, следовательно, с равномерным распределением электронной плотности между ядрами атомов.

Дипольный момент неполярных связей равен 0.

Примеры: H₂ (H-H), O₂ (O=O), S₈.

Ковалентная полярная химическая связь

Ковалентная полярная связь – это ковалентная связь, которая возникает между атомами с разной электроотрицательностью (как правило, разными неметаллами) и характеризуется смещением общей электронной пары к более электроотрицательному атому (поляризацией).

Электронная плотность смещена к более электроотрицательному атому – следовательно, на нем возникает частичный отрицательный заряд (δ-), а на менее электроотрицательном атоме возникает частичный положительный заряд (δ+, дельта +).

Чем больше различие в электроотрицательностях атомов, тем выше полярность связи и тем больше дипольный момент. Между соседними молекулами и противоположными по знаку зарядами действуют дополнительные силы притяжения, что увеличивает прочность связи.

Полярность связи влияет на физические и химические свойства соединений. От полярности связи зависят механизмы реакций и даже реакционная способность соседних связей. Полярность связи зачастую определяет полярность молекулы и, таким образом, непосредственно влияет на такие физические свойства как температуре кипения и температура плавления, растворимость в полярных растворителях.

Примеры: HCl, CO₂, NH₃.

Механизмы образования ковалентной связи

Ковалентная химическая связь может возникать по 2 механизмам:

1. Обменный механизм образования ковалентной химической связи – это когда каждая частица предоставляет для образования общей электронной пары один неспаренный электрон:

Полярность связей

Не все атомы привлекают электроны с той же самой силой. Сумму «напряжения», которое атом проявляет на его электронах, называют его electronegativity. Атомы с высоким electronegativities — такие как фтор, кислород и азот — проявляют большее напряжение на электронах, чем атомы с ниже electronegativities. В связи это приводит к неравному разделению электронов между атомами, поскольку электроны будут приближены к атому с выше electronegativity.

Поскольку у электронов есть отрицательный заряд, неравное разделение электронов в пределах выводы, присоединенные термокомпрессией к формированию электрического диполя: разделение положительного и отрицательного электрического заряда. Поскольку сумма обвинения, отделенного в таких диполях, обычно меньше, чем фундаментальное обвинение, их называют частичными обвинениями, обозначенными как δ + (дельта плюс) и − (дельта минус). Эти символы были введены Кристофером Инголдом и его женой Хильдой Ашервуд в 1926. Дипольный момент связи вычислен, умножая сумму отделенного обвинения и расстояние между обвинениями.

Эти диполи в пределах молекул могут взаимодействовать с диполями в других молекулах, создавая дипольный диполь межмолекулярные силы.

Классификация

Химики классифицируют полярность химических связей в три группы:

• Неполярные связи происходят, когда различие в electronegativity между этими двумя атомами — меньше чем 0,4
• Полярные связи происходят, когда различие в electronegativity между этими двумя атомами между 0,4 и 2,0
• Ионические связи происходят, когда различие в electronegativity между этими двумя атомами больше, чем 2,0

Связи могут упасть между одной из двух крайностей — быть абсолютно неполярным или абсолютно полярным. Абсолютно неполярная связь происходит, когда electronegativities идентичны и поэтому обладают различием ноля. Абсолютно полярную связь более правильно называют ионной связью и происходит, когда различие между electronegativities достаточно большое, что один атом фактически берет электрон от другого. Термины, «полярные» и «неполярные», обычно применяются к ковалентным связям, то есть, связям, где полярность не полна. Чтобы определить полярность ковалентной связи, используя числовые средства, различие между electronegativity атомов взято. В масштабе Pauling, если результат — меньше чем 0,4, связь вообще неполярна ковалентный. Если результат между 0,4 и 1.7, связь вообще полярная ковалентный. Если результат больше, чем 1,7, связь обычно считают ионной.

Полинг полагал, что частичный ионный характер связи — приблизительная функция различия в electronegativity между двумя атомами хранящимися на таможенных складах. Он оценил, что различие 1,7 соответствует 50%-му ионному характеру, так, чтобы большее различие соответствовало связи, которая является преобладающе ионной.

Что такое полярные молекулы

Полярные молекулы образуются либо в результате электроотрицательных атомов, либо в результате асимметричного расположения неполярных связей и одиноких пар электронов на одной и той же молекуле. Следующие примеры объяснят два явления более детально.

Молекула воды:

Электроотрицательность Н и О составляет 2,20 и 3,44 соответственно. Разница значений составляет 1,24, и она отвечает основным критериям формирования полярной связи.Электроны больше притягиваются к атому О, который имеет сравнительно большую электроотрицательность. В результате на молекуле образуется чистый диполь. О, как говорят, слегка отрицателен (δ-), тогда как атомы H слегка положительны (δ +).

При определении полярности молекулы, форма молекулы также играет важную роль. Давайте лучше разберемся в этом сценарии, рассмотрев молекулу углекислого газа.

C является менее электроотрицательным атомом, чем O (2,55 и 3,44) и удовлетворяет требованию разности электроотрицательности 0,4. Однако из-за формы молекулы дипольные моменты на обеих связях C-O находятся в противоположных направлениях, компенсируя друг друга. Следовательно, чистый дипольный момент равен нулю.

Полярные молекулы, будучи вместе, притягиваются друг к другу через противоположные заряды на своих атомах. Эти силы сильнее, чем силы между неполярными молекулами, но менее сильны, чем ионные.

Положительно заряженные атомы водорода образуют водородные связи с отрицательно заряженными атомами кислорода. Если атомы H участвуют в образовании таких притяжений, они называются водородными связями, межмолекулярные силы, образованные без какого-либо участия атомов водорода, называются диполь-дипольными силами. Полярные молекулы растворяются только в полярных растворителях, так как они не могут образовывать никаких притяжений с неполярными растворителями.

Полярные соединения показывают более высокие температуры плавления и температуры кипения по сравнению с неполярными соединениями со сходными молекулярными массами. Энергия должна подаваться для разрыва межмолекулярных связей. Следовательно, точки плавления и точки кипения высоки. Это приводит к низкому давлению пара, и скорость испарения ниже, чем у неполярных молекул. Кроме того, полярные молекулы показывают большее поверхностное натяжение.

Металлическая химическая связь

Металлическая связь — это связь, которую образуют относительно свободные электроны между ионами металлов, образующих кристаллическую решетку.

У атомов металлов на внешнем энергетическом уровне обычно расположены от одного до трех электронов. Радиусы у атомов металлов, как правило, большие — следовательно, атомы металлов, в отличие от неметаллов, достаточно легко отдают наружные электроны, т.е. являются сильными восстановителями.

Отдавая электроны, атомы металлов превращаются в положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся электроны относительно свободно перемещаются между положительно заряженными ионами металлов. Между этими частицами возникает связь, т.к. общие электроны удерживают катионы металлов, расположенные слоями,  вместе, создавая таким образом достаточно прочную  металлическую  кристаллическую решетку. При этом электроны непрерывно хаотично двигаются, т.е. постоянно возникают новые нейтральные атомы и новые катионы.

 Межмолекулярные взаимо-действия

Отдельно стоит рассмотреть взаимодействия, возникающие между отдельными молекулами в веществе — межмолекулярные взаимодействия. Межмолекулярные взаимодействия — это такой вид взаимодействия между нейтральными атомами, при котором не появляеются новые ковалентные связи. Силы взаимодействия между молекулами обнаружены Ван-дер Ваальсом в 1869 году, и названы в честь него Ван-дар-Ваальсовыми силами. Силы Ван-дер-Ваальса делятся на ориентационные, индукционные и дисперсионные. Энергия межмолекулярных взаимодейстий намного меньше энергии химической связи.

Ориентационные силы притяжения возникают между полярными молекулами (диполь-диполь взаимодействие). Эти силы возникают между полярными молекулами. Индукционные взаимодействия — это взаимодействие между полярной молекулой и неполярной. Неполярная молекула поляризуется из-за действия полярной, что и порождает дополнительное электростатическое притяжение.

Особый вид межмолекулярного взаимодействия — водородные связи. Водородные связи — это межмолекулярные (или внутримолекулярные) химические связи, возникающие между молекулами, в которых есть сильно полярные ковалентные связи — H-F, H-O или H-N. Если в молекуле есть такие связи, то между молекулами будут возникать дополнительные силы притяжения.

Механизм образования водородной связи частично электростатический, а частично — донорно–акцепторный. При этом донором электронной пары выступают атом сильно электроотрицательного элемента (F, O, N), а акцептором — атомы водорода, соединенные с этими атомами. Для водородной связи характерны направленность в пространстве и насыщаемость.

Водородную связь можно обозначать точками: Н ··· O. Чем больше электроотрицательность атома, соединенного с водородом, и чем меньше его размеры, тем крепче водородная связь. Она характерна прежде всего для соединений фтора с водородом, а также кислорода с водородом, в меньшей степени азота с водородом.

Водородные связи возникают между следующими веществами:

— фтороводород HF (газ, раствор фтороводорода в воде — плавиковая кислота), вода H₂O (пар, лед, жидкая вода):

— раствор аммиака и органических аминов — между молекулами аммиака и воды;

— органические соединения, в которых связи O-H или N-H: спирты, карбоновые кислоты, амины, аминокислоты, фенолы, анилин и его производные, белки, растворы углеводов — моносахаридов и дисахаридов.

Водородная связь оказывает влияние на физические и химические свойства веществ. Так, дополнительное притяжение между молекулами затрудняет кипение веществ. У веществ с водородными связями наблюдается аномальное повышение тепературы кипения.

Например, как правило, при повышении молекулярной массы наблюдается повышение температуры кипения веществ. Однако в ряду веществ H₂O-H₂S-H₂Se-H₂Te мы не наблюдаем линейное изменение температур кипения.

А именно, у воды температура кипения аномально высокая — не меньше -61оС, как показывает нам прямая линия, а намного больше, +100 оС. Эта аномалия объясняется наличием водородных связей между молекулами воды. Следовательно, при обычных условиях (0-20оС) вода является жидкостью по фазовому состоянию.

Разница между полярными и неполярными молекулами

Чистый диполь

Полярные молекулы:Чистый диполь присутствует из-за различий электроотрицательности участвующих атомов или асимметричного расположения молекулы.

Неполярные молекулы:Чистый диполь отсутствует, так как участвуют атомы с аналогичной электроотрицательностью или из-за симметричного расположения.

Разница в электроотрицательности

Полярные молекулы:Разница электроотрицательности между атомами составляет <0,4.

Неполярные молекулы:Разница электроотрицательности между атомами составляет> 0,4.

Молекулярные силы

Полярные молекулы:Молекулярные силы довольно сильны и образуют Н-связи или диполь-дипольные связи.

Неполярные молекулы: Молекулярные силы являются самыми слабыми из доступных; образует лондонские рассеянные силы.

Физические свойства

Полярные молекулы:Полярные молекулы имеют высокую температуру кипения, температуру плавления, низкое давление пара и высокое поверхностное натяжение.

Неполярные молекулы:Неполярные молекулы имеют низкую температуру кипения, температуру плавления, высокое давление пара и низкое поверхностное натяжение.

Примеры

Полярные молекулы:Примеры включают воду, HF и CHF_3.

Неполярные молекулы:Примеры включают пентан, гексан и диоксид углерода.

Ссылка:

Атомы, молекулы, вещества и виды — Статьи JRankLENNTECHБлог UdemySocratic.orgЛондонские Дисперсионные СилыХимические ФорумыИзображение предоставлено:«Рисунок 02 01 11»

Молекулы в химии, физике и биологии

Понятие молекулы является основным для химии, и большей частью сведений о строении и функциональность молекул наука обязана химическим исследованиям. Химия определяет строение молекул на основе химических реакций и, наоборот, на основе строения молекулы определяет, каким будет ход реакций.

Строением и свойствами молекулы определяются физические явления, которые изучаются молекулярной физикой. В физике понятие молекулы используется для объяснения свойств газов, жидкостей и твёрдых тел. Подвижностью молекул определяется способность вещества к диффузии, его вязкость, теплопроводность и т. д. Первое прямое экспериментальное доказательство существования молекул было получено французским физиком Жаном Перреном в 1906 году при изучении броуновского движения.

Поскольку все живые организмы существуют на основе тонко сбалансированного химического и нехимического взаимодействия между молекулами, изучение строения и свойств молекул имеет фундаментальное значение для биологии и естествознания в целом.

Развитие биологии, химии и молекулярной физики привели к возникновению молекулярной биологии, которая исследует основные явления жизни, исходя из строения и свойств биологически функциональных молекул.

Области применения растворителей

Из всего выше написанного можно сделать вывод, что полярность растворителей играет очень важную роль в определении их свойств. Существует негласное правило применения данных растворителей: «подобное растворяется в подобном», которое очень точно характеризует их область применения.

Углеводородные растворители (неполярные) широко применяются в лакокрасочной промышленности, благодаря невысокой стоимости, а также широкой доступности. Их получают при перегонке сланцевого бензина, нефтяного газа, нефти, каменного угля.

Кетоны (полярные) также применяются в лакокрасочной промышленности, благодаря высокой растворяющей способности и относительно невысокой токсичности. Сложные эфиры – наиболее распространенный вид органических растворителей для воздействия на полимеры, в лакокрасочной промышленности, в медицине.

Практически все органические растворители токсичны и оказывают вредоносное воздействие на человека. При проведении работ с ними необходимо строго придерживаться мер безопасности. Помещения, где осуществляются работы, должны хорошо проветриваться, а сами необходимые манипуляции выполняться в перчатках и респираторах.

Также нужно брать во внимание исключительную пожароопасность данных соединений. Поэтому там, где хранятся эти компоненты, обязательно соблюдение правил пожарной безопасности

ссылки

1. Кэри Ф. А. (2008). Органическая химия Карбоновые кислоты. (Шестое издание). Mc Graw Hill.
2. Седрон Дж., Ланда В., Роблес Дж. (2011). Полярность молекул. Получено из: corinto.pucp.edu.pe
3. Репетитор Vista. (2018). Неполярная молекула. Получено от: chem.tutorvista.com
4. Хельменстин, Анна Мари, доктор философии (28 января 2019 г.) Примеры полярных и неполярных молекул. Получено с: мысли
5. Куртус Р. (19 сентября 2016 г.). Полярные и неполярные молекулы. Школа чемпионов. Получено с: school-for-champions.com
6. Ganong W. (2004). Медицинская физиология Издание 19го. Редакция Современного Руководства.

Реакции обмена между электролитами. Ионные уравнения

Поскольку электролиты в растворах распадаются на ионы, то и реакции электролитов должны происходить между ионами. Взаимодействие ионов в растворе называется ионной реакцией. • Запишите формулировку в тетрадь. С участием ионов могут протекать как обменные, так и окислительно-восстановительные реакции. Рассмотрим обменные реакции электролитов в растворе, например взаимодействие между двумя солями: NaCl + AgNO₃ =AgCl↓ + NaNO₃ Хлорид натрия и нитрат серебра как сильные электролиты диссоциируют на ионы: NaCl ⇄ Na+ + Cl— AgNO₃ ⇄ Ag+ + NO₃— поэтому левую часть равенства можно записать в таком виде: Na+ + Cl— + Ag+ + NO₃— = Рассмотрим полученные в результате реакции вещества: AgCl вещество нерастворимое, поэтому оно не будет диссоциировать на ионы, a NaNO₃ — соль растворимая, прекрасно диссоциирует на ионы по схеме NaNO₃ ⇄ Na+ + NO₃—

NaNO₃ — сильный электролит, поэтому правая часть равенства пишется так: … = Na+ + NO₃— + AgCl Уравнение в целом будет иметь следующий вид: Na+ + Cl— + Ag+ + NO₃— = Na+ + NO₃— + AgCl Такое уравнение называется полным ионным уравнением. Сокращая в этом уравнении подобные члены, получаем сокращенное ионное уравнение Ag+ + Cl— = AgCl Итак, последовательность составления ионного уравнения. 1. Написать в ионном виде формулы исходных продуктов (тех, которые диссоциируют). 2. Написать в ионном виде формулы полученных продуктов (тех, которые диссоциируют). 3. Проверить, совпадает ли по абсолютной величине общее число положительных и отрицательных зарядов ионов в левой части равенства, а затем в правой. 4. Проверить, совпадает ли число одноименных ионов в левой и правой части равенства (учитывая атомы, входящие в состав недиссоциирующего вещества). На этом составление полного ионного уравнения заканчивается. • Запишите последовательность составления ионного уравнения в тетрадь. 5. Для составления сокращенного ионного уравнения следует найти в левой и правой частях уравнения подобные члены с одинаковыми знаками и исключить их из уравнения, а затем записать полученное сокращенное ионное уравнение. Приведенное сокращенное ионное уравнение выражает сущность не только этой реакции. Напишем несколько уравнений реакций, например: 1) НСl + AgNO₃ = AgCl↓ + HNO₃ Н+ + Cl— + Ag+ + NO₃— = H+ + NO₃— + AgCl↓

Ag+ + Cl— = AgCl

2Na+ + CO2₃— + 2H+ + 2NO₃— = 2Na+ + 2NO₃— + H₂O + CO₂↓

2К+ + 2Сl— + 2Na+ + SO2₄— ⇄ 2Na+ + 2Cl— + 2K+ + SO2₄— Сокращенного ионного уравнения здесь, разумеется написать нельзя

■ 83. Какие реакции называются ионными? (См. Ответ) 84. Как составляются полное ионное и сокращенное ионное уравнения? 85. Составьте молекулярные, полные ионные и сокращенные ион-ные уравнения следующих реакций: а) хлорид хрома (III) + нитрат серебра;

б) хлорид железа (III) + едкий натр; в) сульфид натрия + соляная кислота г) гидроокись кальция + азотная кислота; д) хлорид натрия 4- нитрат свинца; е) нитрат бария + сульфат натрия; ж) сульфат алюминия + едкое кали; з) хлорид бария + сульфат марганца; и) фосфат натрия + хлорид кальция. 86. Составьте ионные уравнения реакции укажите, какие из них будут обратимы и почему: а) едкий натр + хлорид калия; б) сульфат железа (III)4- хлорид бария; в) хлорид магния + нитрат натрия; г) нитрат железа (III) + едкое кали; д) хлорид цинка + едкий натр; е) сульфат натрия + хлорид меди (II) 87. Укажите, могут ли находиться в растворе одновременно ионы: а) Ва2+ и SO2₄—; б) Са2+ и Mg2+; в) Сu2+ и ОН—; г) Fe3+ и SO2₄—; д) S2- и Na+; е) PO3₄— и Mg2+. 88. Напишите несколько уравнений реакций нейтрализации и выведите для них общее сокращенное ионное уравнение. 89. С помощью каких веществ можно осуществить следующие реакции: а) Са2+ + СО2₃— → СаСО3 б) Fe2+ + 2OН— → Fe(OH)2 в) ЗСu2+ + 2PO3₄— → Cu3(PO4)2 (См. Ответ)

Большое значение имеют реакции ионного обмена, протекающие между электролитом и сложным, нерастворимым органическим веществом, в состав которого входит ион, способный обмениваться на другой, содержащийся в растворе электролита . Пропуская раствор электролита через такое вещество, называемое ионнообменником или ионитом, можно освободиться от нежелательных ионов, содержащихся в растворе. На этом основаны некоторые способы очистки воды, устранения ее жесткости. Для этой цели применяются как природные, так и приготовленные искусственным путем ионнообменники. Природные ионнообменники играют важную роль в почвенных процессах. Знание поведения электролитов в растворах, а также электронные представления о строении атомов и молекул позволяют по-новому рассматривать свойства оснований кислот и солей.

Статья на тему Осмос

Как полярные и неполярные молекулы взаимодействуют друг с другом

Два типа молекул взаимодействуют друг с другом по-разному.

Как полярные молекулы взаимодействуют друг с другом

Рисунок 3: Диполь-дипольное взаимодействие между двумя молекулами HCl

Полярные молекулы взаимодействуют друг с другом такими силами, как диполь-дипольные взаимодействия. Ранее обсуждалось, что полярные молекулы имеют неравномерное распределение заряда из-за асимметричной дисперсии электронов. Следовательно, слегка положительный конец одной полярной молекулы притягивается к слегка отрицательному концу другой молекулы. Приведенный выше рисунок (3) четко показывает взаимодействие.

Слегка положительный атом Н одной молекулы притягивается к слегка отрицательному атому Cl второй молекулы. Сила притяжения между двумя молекулами известна как диполь-дипольное взаимодействие.

Существует особый вид диполь-дипольного взаимодействия, который называется водородная связь, В этом взаимодействии участвует донор водорода, который является сильно электроотрицательным атомом молекулы, которая отдает свой водород, чтобы образовать связь с другим сильно электроотрицательным атомом с неподеленной парой электронов, из другой молекулы. Последний называется акцептором водорода. На следующем рисунке (4) показана водородная связь в воде.

Рисунок 4: Водородная связь в воде

Атом кислорода, обозначенный В, принимает водород от атома кислорода А и создает связь между двумя молекулами воды. Атом кислорода A является донором водорода, тогда как атом кислорода B является акцептором водорода.

Как неполярные молекулы взаимодействуют друг с другом

Неполярные молекулы не могут образовывать диполь-дипольные взаимодействия. Вместо этого они взаимодействуют друг с другом, формируя лондонские дисперсионные силы.

Электроны молекулы движутся случайно. Когда электроны собираются к одному концу неполярной молекулы, на этом конкретном конце индуцируется небольшой отрицательный заряд. Это делает другой конец молекулы слегка положительным. Это приводит к временному разделению заряда на молекуле. Когда другая неполярная молекула попадает в соседство, первая молекула обладает способностью индуцировать диполь и на последнюю. Это происходит из-за отталкивания подобных зарядов.

Электронная плотность отрицательного конца молекулы A отталкивает электроны соседнего конца молекулы B, вызывая положительный заряд на этом конце. Затем в течение двух концов образуется слабая связь.

Взаимодействие между полярными и неполярными молекулами

Лондонские дисперсии называются гораздо более слабыми, чем диполь-дипольные силы полярных молекул. Поэтому тенденция к взаимодействию полярных молекул с неполярными молекулами минимальна. Потому что энергии, выделяющейся при образовании дисперсионных сил между полярными и неполярными молекулами, недостаточно для разрыва сильных диполь-дипольных взаимодействий между полярными молекулами. Поэтому неполярные растворы не могут быть растворены в полярных растворителях.

Ссылка:

Понимание химии: школа для чемпионовОбмен химикатов

Изображение предоставлено:

«Dipoli acqua» Риккардо Ровинетти — собственная работа

А: + B= А:В

При этом один из атомов предоставляет неподеленную электронную пару (донор), а другой атом предоставляет вакантную орбиталь для этой пары (акцептор). В результате образования связи оба энергия электронов уменьшается, т.е. это выгодно для атомов.

Ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму, не отличается по свойствам от других ковалентных связей, образованных по обменному механизму. Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму характерно для атомов либо с большим числом электронов на внешнем энергетическом уровне (доноры электронов), либо наоборот, с очень малым числом электронов (акцепторы электронов). Более подробно валентные возможности атомов рассмотрены в соответствующей статье.

Ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму образуется:

– в молекуле угарного газа CO (связь в молекуле – тройная, 2 связи образованы по обменному механизму, одна – по донорно-акцепторному): C≡O;

– в ионе аммония NH₄+, в ионах органических аминов, например, в ионе метиламмония CH₃-NH₂+;

– в комплексных соединениях, химическая связь между центральным атомом и группами лигандов, например, в тетрагидроксоалюминате натрия Na[Al(OH)₄] связь между алюминием и гидроксид-ионами;

– в азотной кислоте и ее солях — нитратах: HNO₃, NaNO₃, в некоторых других соединениях азота;

– в молекуле озона O₃.

Основные характеристики ковалентной связи

Ковалентная связь, как правило, образуется между атомами неметаллов. Основными характеристиками ковалентной связи являются длина, энергия, кратность и направленность.

Кратность химической связи

Кратность химической связи — это число общих электронных пар между двумя атомами в соединении. Кратность связи достаточно легко можно определить из значения валентности атомов, образующих молекулу.

Например, в молекуле водорода H₂ кратность связи равна 1, т.к. у каждого водорода только 1 неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне, следовательно, образуется одна общая электронная пара.

В молекуле кислорода O₂ кратность связи равна 2, т.к. у каждого атома на внешнем энергетическом уровне есть по 2 неспаренных электрона: O=O.

 В молекуле азота N₂ кратность связи равна 3, т.к. между у каждого атома по 3 неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне, и атомы образуют 3 общие электронные пары N≡N.

Длина ковалентной связи

Длина химической связи – это расстояние между центрами ядер атомов, образующих связь. Ее определяют экспериментальными физическими методами. Оценить величину длины связи можно примерно, по правилу аддитивности, согласно которому длина связи в молекуле АВ приблизительно равна полусумме длин связей в молекулах А₂ и В₂:

Длину химической связи можно примерно оценить по радиусам атомов, образующих связь, или по кратности связи, если радиусы атомов не сильно отличаются.

При увеличении радиусов атомов, образующих связь, длина связи увеличится.

Например.  В ряду: C–C, C=C, C≡C  длина связи уменьшается.

При увеличении кратности связи между атомами (атомные радиусы которых не отличаются, либо отличаются незначительно) длина связи уменьшится.

Например.  В ряду: C–C, C=C, C≡C  длина связи уменьшается.

Энергия связи

Мерой прочности химической  связи является энергия связи. Энергия связи определяется энергией, необходимой для разрыва связи и удаления атомов, образующих эту связь, на бесконечно большое расстояние друг от друга.

Ковалентная связь является очень прочной. Ее энергия составляет от нескольких десятков до нескольких сотен кДж/моль. Чем больше энергия связи, тем больше прочность связи, и наоборот.

Прочность химической связи зависит от длины связи, полярности связи и кратности связи. Чем длиннее химическая связь, тем легче ее разорвать, и тем меньше энергия связи, тем ниже ее  прочность. Чем короче химическая связь, тем она прочнее, и тем больше энергия связи.

Например, в ряду соединений HF, HCl, HBr слева направо прочность химической связи уменьшается, т.к. увеличивается длина связи.

Полярные и неполярные растворители – рассмотрим природу веществ

Полярные растворители – это химические соединения, молекула которых является диполем. Все полярные представители в своей молекуле имеют донорные атомы, но при этом подразделяются на содержащие подвижные протоны или протонные (воду, карбоновые кислоты, амины), а также не содержащие такие протоны, другое название апротонные (кетоны, простые эфиры, а также третичные амины).

К достоинствам полярных растворителей можно отнести:

• способность к образованию водородных связей;
• содержание кислого протона;
• способность к стабилизации ионов: катионов – за счет неподеленной пары электронов; анионов – за счет полученных водородных связей.
• высокая диэлектрическая проницаемость;
• способность растворять различные полярные органические вещества;
• широкие температурные пределы жидкого состояния.

Наиболее известными и часто используемыми представителями этого класса являются вода, метиловый спирт, глицерин.

Неполярные вещества – это соединения, молекула которых диполем не является. Они не растворяют соли и основания, часто в реакциях выступающих нуклеотидными реагентами. Поэтому в таких случаях данные растворители применяются редко. Также они имеют низкую температуру кипения, что не позволяет их использовать в реакциях с термическим возбуждением молекул.

Спектры и строение молекул

Электрические, оптические, магнитные и другие свойства молекул связаны с волновыми функциями и энергиями различных состояний молекул. Информацию о состояниях молекул и вероятности перехода между ними дают молекулярные спектры.

Частоты колебаний в спектрах определяются массами атомов, их расположением и динамикой межатомных взаимодействий. Частоты в спектрах зависят от моментов инерции молекул, определение которых из спектроскопических данных позволяет получить точные значения межатомных расстояний в молекуле. Общее число линий и полос в колебательном спектре молекулы зависит от её симметрии.

Электронные переходы в молекулах характеризуют структуру их электронных оболочек и состояние химических связей. Спектры молекул, которые имеют большее количество связей, характеризуются длинноволновыми полосами поглощения, попадающими в видимую область. Вещества, которые построены из таких молекул, характеризуются окраской; к таким веществам относятся все органические красители.

примеров

Благородные газы

Хотя они не являются молекулами, благородные газы считаются неполярными. Предполагая, что в течение двух коротких периодов времени два его атома взаимодействуют, He-He, это взаимодействие можно рассматривать (наполовину) как молекулу; молекула, которая была бы неполярной по природе.

Двухатомные молекулы

Двухатомные молекулы, такие как H₂, бром₂, я₂, Cl₂, O₂, и F₂, они неполярные. Они имеют в качестве общей формулы А₂, А-А.

углеводороды

Что если бы А была группой атомов? Это было бы раньше других неполярных соединений; например, этан, СН₃-СН₃, чей углеродный скелет является линейным, C-C.

Метан, СН₄, и этан, С₂H₆, они неполярные молекулы. Углерод имеет электроотрицательность 2,55; в то время как электроотрицательность водорода составляет 2,2. Поэтому существует дипольный вектор низкой интенсивности, ориентированный от водорода к углероду.

Но из-за геометрической симметрии молекул метана и этана сумма дипольных векторов или дипольных моментов в их молекулах равна нулю, поэтому на молекулах нет полного заряда.

В целом то же самое происходит со всеми углеводородами, и даже когда в них присутствуют ненасыщенности (двойные и тройные связи), они считаются неполярными или низкополярными соединениями. Аналогично, циклические углеводороды представляют собой неполярные молекулы, такие как циклогексан или циклобутан..

другие

Молекулы углекислого газа (СО₂) и сероуглерод (CS)₂) являются неполярными молекулами, оба с линейной геометрией.

В сероуглероде электроотрицательность углерода составляет 2,55, а электроотрицательность серы — 2,58; так что оба элемента имеют практически одинаковую электроотрицательность. Генерация дипольного вектора отсутствует, поэтому суммарный заряд равен нулю..

Также у нас есть следующие молекулы CCl₄ и AlBr₃, оба неполярные

В трибромиде алюминия, AlBr₃ это происходит так же, как с BF₃, в начале статьи. Между тем, для четыреххлористого углерода, CCl₄, геометрия тетраэдрическая и симметричная, так как все звенья C-Cl равны.

Аналогично, молекулы с общей формулой CX₄ (CF₄, CI₄ и CBr₄) они тоже неполярные.

И, наконец, неполярная молекула может даже иметь восьмигранную геометрию, как в случае гексафторида серы, SF₆. Фактически, он может иметь любую геометрию или структуру, если он симметричен и его электронное распределение однородно.

Представление структуры молекул

Молекулы состоят из электронов и атомных ядер, расположение последних в молекуле передаёт структурная формула (для передачи состава используется т. н. брутто-формула). Молекулы белков и некоторых искусственно синтезированных соединений могут содержать сотни тысяч атомов. Отдельно рассматриваются макромолекулы полимеров.

Молекулы являются объектом изучения теории строения молекул, квантовой химии, аппарат которых активно использует достижения квантовой физики, в том числе релятивистских её разделов. Также в настоящее время развивается такая область химии, как молекулярный дизайн. Для определения строения молекул конкретного вещества современная наука располагает колоссальным набором средств: электронная спектроскопия, колебательная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс и электронный парамагнитный резонанс и многие другие, но единственными прямыми методами в настоящее время являются дифракционные методы, как то: рентгеноструктурный анализ и дифракция нейтронов.

Почему углекислый газ неполярный?

Как вы можете ясно видеть, молекула имеет атом углерода, разделяющий две двойные связи с кислородом. Разумеется, кислород более электроотрицательный, чем углерод, поэтому можно подумать, что электроны, присутствующие в связи между углеродом и кислородом, будут тянуться к атому кислорода.

Однако этого не происходит. Причина кроется в геометрии молекулы. Как вы можете видеть, обе эти двойные связи находятся на расстоянии 180 градусов от центрального атома углерода. Поэтому, поскольку атом кислорода справа пытается вытащить электронную плотность из углерода над собой, (другой) атом кислорода, т. Е. Тот, что слева, тянет на себя плотность электронов над собой с равной силой.

В результате нет никакого сетевого сдвига электронов в любом направлении, поэтому на любом из атомов не происходит накопления сетевых зарядов, что делает молекулу двуокиси углерода неполярной.