分子的偶极距和极性的表征常数怎么查找和确认

Question

分子的偶极距和极性的表征常数怎么查找和确认

Answer 1

6．5 分子间力和氢键
6．5．1 分子间力
已知化学键是表示分子中相邻原子间的强烈的相互吸引作用,说明了原子结合成分子的情形,气态分子在一对条件下可以凝聚成液体,液体分子在一对条件下又可凝结成固体,这表明分子与分子之间也存在某种相互吸引的作用力.早在1873年荷兰物理学家范德华（van der walls）注意到分子与分子之间存在着作用力,此力称为分子间力,或van der walls力.
分子间力相对微弱,一般在几个kJžmol-1,而通常共价键能量约为150～500 kJžmol-1,可见原子间的结合比分子间的结合强得多.但分子间这种微弱的结合对物质的熔点、沸点、稳定性等都有相当大的影响.直至1930年London将量子力学引入,才搞清分子间力的本质是一种电性引力.为了说明这种引力的由来,在此先介绍偶极矩和极化率.
1 分子的偶极矩和极化率
(1) 分子的极性和偶极矩
分子都是由带正电荷的核和带负电荷的电子组成.对于每一种电荷讲,可看成与质量一样,有一个重心,即假定电荷集中于这一点.我们把分子中正、负电荷集中的点分别称为“正电荷中心”和“负电荷中心”.分析各种分子中电荷的分布情况,发现有的分子正、负电荷中心不重合,正电荷集中的点为“+”极,负电荷集中的点为“-”极,这样分子产生了偶极,称为极性分子；有的分子正、负电荷中心重合,不产生偶极,称为非极性分子.
对于同核双原子分子如H2、Cl2和N2等,由于两元素的电负性相同,所以两个原子对共用电子对的吸引能力相同,正、负电中心必然重合,因此,它们都是非极性分子.对于异核双原子分子如HCl、CO和NO等,由于两元素的电负性不同,其中电负性大的元素的原子吸引电子的能力较强,负电中心必靠近电负性大的一方,而正电中心则较靠近电负性小的一方,正、负电中心不重合,因此,它们都是极性分子.
在双原子分子中,分子的极性和键的极性是一致的.但是,对于多原子分子讲,分子是否有极性,主要决定于分子的组成和结构.如H2O中,O－H键有极性（O部分带负电,H部分带正电）；又由于H2O具有角形结构,这种结构不是直线对称,各个键的极性不能抵消,因而正、负电荷中心不重合,所以H2O是极性分子.在H2O中,正、负电荷中心都在两根O－H键之间的中心线上,负电荷中心离O核较近,而正电荷中离O核较远.
分子极性的大小常用偶极矩来衡量,偶极矩的概念是德拜（Debye）在1912年提出来的,他将偶极矩p定义为：分子中电荷中心（正电荷中心d+或负电荷中心d-）上的电荷量d与正、负电荷中心间距离d的乘积：p＝džd
式中d也就是p上的电荷,单位用C（库仑）,d又称偶极长度,单位用m（米）,按照国际单位制取p的单位为Cžm（库ž米）.p是一个矢量,其方向规定为从正到负.
分子p的大小均可用实验方法直接测定.对于双原子分子均为直线型结构,其p与化学键的极性有关,若由非极性键结合的分子其p＝0.对于多原子分子,其p与分子的几何构型有关,凡正负电中心重合的分子p＝0.p＝0的分子为非极性分子,p≠0的分子都是极性分子,且p值愈大,分子的极性愈强.
(2) 分子的变形性和极化率
在外电场作用下,分子内部的电荷分布将发生相应的变化.分子中带正电荷的核将被引向负极板,而带负电荷的电子云将被引向正极板.结果,核和电子云产生相对位移,分子发生变形,称为分子的变形性.这样,非极性分子原理重合的正、负电荷中心,在电场影响下互相分离,产生了偶极,此过程称为分子的变形极化,所形成的偶极称为诱导偶极（p诱导）.电场愈强,分子变形愈大,诱导出来的偶极长度也愈长.若取消外电场,p诱导即消失,此时分子重新变为非极性分子.所以p诱导与外电场强度E成正比：p诱导＝ažE
式中a为比例常数,表示p诱导与E的比值,称为极化率.如E一定,则a愈大,p诱导愈大,分子的变形性也愈大,所以,分子的a可表征分子外层电子云的可移动性或可变形性.
对于极性分子来说,本身就存在着偶极,此偶极称为固有偶极（p固有）,它们通常都作不规则的热运动.若在外电场的作用下,其正极转向负极板,负极转向正极板,依照电场的方向取一定的方位排列,此过程称为取向.在电场进一步作用下,使正、负电中心之间的距离拉大,分子发生变形,产生p诱导,所以,此时分子的偶极为p固有和p诱导之和.
不论非极性分子或极性分子,它们的a可由实验测得,随分子中电子数的增多以及电子云的弥散,a值相应加大.以周期系同族元素的有关分子为例,从He到Xe；从HCl到HI,从上到下a值增大,分子的变形性必然增大.