Електричні властивості молекул. Поведінка речовини в зовнішньому електричному полі
Всі молекули, що мають ковалентний зв’язок, можна розділити на два типи: полярні і неполярні. Якщо будь-яку молекулу з ковалентним зв’язком розмістити у зовнішнє електричне поле, то в молекулі спостерігається зміщення електронної густини і виникає індукований дипольний момент. В електричному полі крім зміщення електронної густини спостерігається і деяке зміщення атомів, а також орієнтація індукованого дипольного моменту вздовж силових ліній зовнішнього поля. Зміщення електронів, атомів та орієнтація молекул у зовнішньому полі називається поляризацією (Р). Загальна поляризація: Р = Рел + Рат + Рорієнт .
Власний дипольний момент буде виникати в молекулах, атоми яких мають різну електронегативність. На більш електронегативному атомі утворюється надлишок негативного електронного заряду, а на менш електронегативному – надлишок позитивного заряду. Така молекула буде диполем. Дипольний момент μ0 молекули виразиться формулою: μ0 = q · l, де q – заряд, l – віддаль між зарядами, μ0 – вектор, напрямок якого проходить від від’ємного до додатного заряду. В системі СІ μ0 вимірюється в Кул · м. Крім того, μ0 прийнято виражати в дебаях (D): 1D = 3,34 · 10–30 Кул · м.
Дипольний момент зв’язаний із симетрією молекул. Полярні молекули належать до точкових груп Сn або Сnv , тобто молекули характеризуються наявністю тільки осей симетрії або осей симетрії і площин симетрії, що перетинаються вздовж цих осей.
Молекули, що мають центр симетрії, дипольним моментом не володіють.
Возможно вы искали - Реферат: Електронні переходи і оболонки
У молекулах з віссю симетрії – дипольний момент завжди направлений вздовж цієї осі.
При наявності площини симетрії вектор дипольного моменту лежить в цій площині.
Дипольний момент ізольованої молекули називається власним, або постійним дипольним моментом.
При поляризації молекул в електричному полі виникає індукований дипольний момент με , який обумовлений зміщенням електронної густини у молекулі: με = α · Е, де α – коефіцієнт поляризуємості, Е – напруга зовнішнього електричного поля.
Причини виникнення дипольних моментів у молекулах. У двохатомній молекулі типу АВ дипольний момент буде виникати тоді, якщо електронна густина в ній зміщена до одного з атомів. Зміщення електронної густини визначається потенціалом іонізації та спорідненістю електронів атомів, що входять до складу молекули.
Похожий материал - Контрольная работа: Класична теорія будови речовини
Потенціал іонізації (І) визначається енергією відриву електрона від ізольованого атому. Для більшості хімічних елементів потенціали іонізації визначені і встановлена їх періодична залежність: по періодах (зліва направо) потенціал іонізації зменшується, а в групах (зверху вниз) збільшується. Це пояснюється закономірною періодичною зміною атомних радіусів елементів.
У відповідності з прийнятою термінологією енергію відриву першого, другого і т. д. електрона називають першим, другим і т. д. потенціалом іонізації. По мірі послідовного відриву електронів потенціал іонізації зростає. Ця залежність описується рівнянням Глокнера-Янсицина: І = a + bq + cq2 + …, де a, b, c – специфічні коефіцієнти для кожного атома; q – заряд іона.
Для нейтрального атома q = 0, тоді І = а.
Якщо уявити молекулу як деякий об’єднаний атом, то можна констатувати, що середня статистична віддаль між ядром і зовнішнім електроном буде більша ніж в ізольованого атома. Звідси випливає, що у випадку ковалентних молекул з σ-зв’язком потенціал іонізації молекули буде меншим ніж в ізольованого атома (за винятком молекули Н2 , оскільки у молекулі відсутні внутрішні електрони). При утворенні π-зв’язків центри ваги електронної хмари знаходяться не в міжядерній області, що приводить до зростання взаємодії ядра із зовнішніми електронами, що в свою чергу приведе до зростання потенціалу іонізації молекули порівняно з ізольованим атомом. З ростом кратності зв’язку потенціал іонізації молекули також зростає.
Величина спорідненості до електрона рівна енергії, яка виділяється при приєднанні електрона до нейтрального атома:
Очень интересно - Реферат: Круговорот второстепенных элементов: цезия и стронция
А + 
® А– + ε.
Для більшості елементів спорідненість до електрону більше 0 (СЕ > 0). Це означає, що електронейтральний атом притягує додатковий електрон так, ніби в нього є деякий додатній заряд. Цей заряд обумовлений тим, що власні електрони атома не повністю нейтралізують заряд ядра. В результаті на зовнішній електрон кожного атома (крім Н) діє ефективний заряд ядра z* > 1. Згідно інтерпретації Слетера можна вважати, що чим ближче до ядра знаходиться електрон, тим повніше буде нейтралізований заряд. Слетер вивів наступні правила:
1. На електрон, що знаходиться на даній оболонці, діє заряд ядра (рівний його атомному номеру z), зменшений на число останніх електронів, помножений на константу екранування (σ) кожного електрона, причому:
1) електрон на зовнішній оболонці має σ = 0,35;
2) електрон на попередній оболонці має σ = 0,85;
Вам будет интересно - Реферат: Магнетохімія. Магнітні властивості речовин
3) електрон більш глибоких оболонок має σ = 1;
4) у випадку d, f-елементів σ = 1.
Наприклад: ефективний заряд ядра для Рb визначається так:
ZPb = 82; n = 6:
n = 6, σ = 0,35 для електронів зовнішньої оболонки (n = 6);
Похожий материал - Реферат: Место реакции Белоусова-Жаботинского в химии и современной науке
n = 5, σ = 0,85 для електронів, що знаходяться на 5-ій оболонці;
n = 1–4, σ = 1 для електронів 4, 3,2, 1 оболонці.
z = 82; число електронів на 6-ій оболонці – 4,
число електронів на 5-ій оболонці – 18,