Химия: Методические указания по выполнению лабораторных работ, страница 4

Химическую связь, осуществляемую обобществленными электронными парами, называют ковалентной. В гомоядерных двухатомных молекулах (Cl₂, O₂, N₂ и др) дна или несколько обобществленных пар электронов в равной мере принадлежат обоим атомам. Такая связь называется неполярной. Полярная связь возникает между атомами с различной электроотрицательность, когда обобществленная электронная пара смещается к ядру более электроотрицательного атома. Вследствии такого смещения последний атом приобретает избыточный отрицательный заряд, другой – избыточный положительный заряд. Эти заряды называются эффективными зарядами атомов (δ). Например, эффективные заряды атомов в молекуле HCI равны +0,17 и –0,17, т.е. Н^+0,17----С1^-0,17. Количественной мерой полярности химической связи является электрический момент диполя связи:

;

ℓ– расстояние между центрами тяжести отрицательного и положительного зарядов или длина диполя.

Очевидно, что для неполярных связей Рсв. = 0 и, чем больше δ и ℓ, тем выше полярность связи.

При общей нейтральности молекулы, содержащие полярные связи, могут быть полярными и неполярными. Электрический момент двухатомной молекулы равен электрическому моменту диполя связи. Электрический момент многоатомной молекулы Рмол., равен векторной сумме диполей моментов всех связей в молекуле. Результат сложения зависит от валентных углов, от пространственного строения молекулы. Например, молекула СО₂ имеет линейное симметричное строение (за счет sp-гибридизации атома углерода):

О==С==О

180°

Поэтому, хотя связи С==О высоко полярны (Рсв. = 2,7·10^-29 Кл·м), вследствии взаимной компенсации их дипольных моментов молекула СО в целом неполярна (Рмол.=0). По этой же причине неполярны симметричные тетраэдрические молекулы СН₄, СF₄ и т.д. Напротив, в молекуле Н₂О полярные связи Н–О (Рсв.=1,58·10^-29 Кл·м) располагаются под углом:

О

Н              Н

104,3°

и электрические моменты диполей связей не компенсируются. Молекулы воды являются полярными (Рмол. = 1,84·10^-29 Кл·м).

Оценку полярности молекул можно провести с помощью несложного эксперимента: достаточно измерить показатель преломления веществ n и знать диэлектрическую проницаемость ε (n характеризует способность вещества изменять направление проходящего луча света, ε определяет диэлектрические свойства вещества). Известно, что если n²ε, то электрический момент молекулы равен нулю Рмол.=0, т.е. молекула неполярна. С увеличением разности между n² и ε увеличивается полярность молекул.

Экспериментальная часть

I. Определение показателя преломления и оценка
полярности молекул.

Для исследования используйте следующие жидкости: воду, хлороформ, четыреххлористый углерод трихлорэтилен и перхлорэтилен. Измерение показателя преломления проведите с помощью рефрактометра Аббе:

–  включите прибор в сеть;

–  откройте крышку прибора и протрите поверхности осветительной и измерительной призм мягкой тканью;

–  нанесите на нижнюю призму 1–2 капли исследуемой жидкости и закройте крышку прибора;

–  поворачивая рычаг перемещения окуляра, совместите визирную линию прибора с границей между темной и светлой частью круга;

–  по пересечению визирной линии с левой шкалой прибора определите показатель преломления n с точностью до 0,001 и занесите его в таблицу 2.

Таблица 2

№ п/п	Название вещества	Формула	ε	n	n2	Вывод о полярности
1	Вода	Н2О	80,4
2	Хлороформ	CHC13	4.72
3	Четыреххлористый углерод	CC14	2.20
4	Трихлорэтилен	C2HC13	3.41
5	Перхлорэтилен	C2C14	2.36

Рассчитайте n²,сопоставьте величину n² с ε и сделайте вывод о полярности молекул.

II. Составление структурных формул и оценка
полярности молекул.