-Полярність і поляризованість ковалентного зв'язку.

Типи ковалентних молекул

Якщо молекула утворена з двох атомів з однаковими значення­ми електронегативності, то електронна пара (або пари) однаковою мірою належать обом атомам, тобто електронна хмара розміщується симетрично відносно ядер атомів. Такий ковалентний зв'язок нази­вається гомеополярним, або неполярним, а молекули з таким типом зв'язку – неполярними. Неполярний зв'язок виявляється в молекулах Н2, Сl2, О2, N2 тощо.

У молекулі, утвореній з двох атомів з різними значеннями електронегативності, спільна електронна пара зміщена до атома з більшою електронегативністю. Хімічний зв'язок, в якому електронна пара зміщена до одного з атомів, називається гетерополярним, або по­лярним зв'язком, а відповідні молекули – полярними. У молеку­лах з полярним зв'язком атом з більшою електронегативністю на­буває негативного заряду, а з меншою – позитивного. Наприклад, у молекулі хлороводню НСl електронна хмара зміщена в бік атома Хлору, в зв'язку з чим середня густина негативного заряду біля цього атома більша, ніж біля атома Гідрогену. Внаслідок цього у ато­ма Хлору виникає деякий надлишковий негативний заряд, який на­зивають ефективним зарядом (δ), а у атома Гідрогену виникає однако­вий за величиною, але протилежний за знаком ефективний позитив­ний заряд. Наприклад, експериментально встановлено, що ефек­тивний заряд на атомі Гідрогену в молекулі НСl δН = +0,17, а на атомі Хлору δСl = –0,17 абсолютного заряду електрона.

При взаємодії двох атомів з досить різними значеннями елек­тронегативності електронна пара може майже цілком зміщуватись до більш електронегативного атома. Такий зв'язок наближається до іонного. Процентна частка Р іонного зв'язку атомів А і В, що утворюють молекулу, залежить від величин відносних електронегативностей χА і χВ і визначається за формулою

iР(χА – χВ) + 3,5 (χА – χВ)2.

Наприклад, зв'язок у молекулі НСl (χСl = 3,0; χН = 2,1) на 17 % має іонний характер.

Отже, за ступенем зміщення зв'язуючої електронної хмари зв'язок у молекулі може бути неполярним, полярним і іонним. Не­полярний і іонний зв'язки – це граничні випадки полярного зв'яз­ку. Останній тип зв'язку є найбільш загальним.

Полярні молекули є диполями, тобто системами, в яких "центри тяжіння" позитивних зарядів ядер і негативних зарядів електронів не співпадають. Відстань між "центром тяжіння" в молекулі називається довжиною диполя і позначається буквою l.

Полярність молекули (або зв'язку) кількісно характеризу­ється дипольним моментом μ, який в разі двохатомної молекули дорівнює добутку довжини диполя на величину заряду електрона:

μ = lе.

У одиницях СІ дипольний момент вимірюється в кулон-метрах (Кл·м) і є величиною порядку 10–29 Кл·м. В довідковій літературі дипольний момент часто наведено у дебаях (D); 1D = 3,33·10–30 Кл·м.

Значення дипольних моментів ковалентних молекул лежить в межах
0–4D (табл.2), а іонних – 4–11D. Чим більша довжи­на диполя, тим більш полярною є молекула. Значення дипольних моментів молекул визначаються на основі експериментального вивчення їхньої поведінки в електричному полі. За експериментальними значеннями дипольних моментів мож­на обчислити ефективні заряди атомів у сполуках.

Експериментально знайдені значення дипольних моментів ба­гатоатомних молекул дають змогу зробити висновки щодо їхньої геометричної конфігурації. Сумарний дипольний момент молекули розраховується як векторна сума дипольних мо­ментів зв'язків.

Наприклад, встанов­лено, що дипольний момент молекули Карбон (IV) оксиду дорівнює нулю, тобто вона має лінійну будову:

Таблиця 2. Дипольні моменти зв'язків і молекул деяких речовин

У молекули Сульфур (IV) оксиду SО2 дипольний момент становить 5,3·10–30 Кл·м (1,67D), що свідчить про кутову будову цієї молекули. У молекулі Н2О, яка має кутову будову, полярні зв'язки О—Н розміщені під кутом 104,5°, тому їхні моменти не компенсуються, і молекула води полярна
(μ = 1,85D, або 6,1·10–30 Кл·м):

Під дією зовнішнього електричного поля електронна хмара у молекулі зміщується в бік одного з атомів. Зміна полярності зв' язку молекули під дією електричного поля називається поляризованістю. Поляризованість молекули залежить від напрямленості електричного поля і поляризованості атомів, що утворюють цей зв'язок, тобто від здатності електронних хмар атомів деформу­ватись.

Під дією зовнішнього електричного поля неполярні молекули стають полярними, а полярні – ще більш полярними, тобто в мо­лекулах індукується диполь, який називається наведеним, або індукованим. На відміну від постійних диполів індуковані існують лише при дії зовнішнього електричного поля.

Полярність зв'язку в молекулі може змінюватись під впливом зовнішнього електричного поля і молекул, з якими вона взаємодіє. Внаслідок поляризації зв'язку може відбуватися розрив зв'язку з переходом зв'язуючої електронної пари до одного з атомів із утворенням негативно і позитивно заряджених іонів.