ახლა განვიხილოთ მოლეკულა, რომელსაც აქვს მუდმივი დიპოლური მომენტი, როგორიცაა წყალი. ელექტრული ველის არარსებობის შემთხვევაში, ცალკეული დიპოლები მიმართულია სხვადასხვა მიმართულებით, ისე, რომ მთლიანი მომენტი ერთეული მოცულობისთვის არის ნული. მაგრამ თუ ელექტრული ველი გამოიყენება, მაშინვე ხდება ორი რამ: პირველი, დამატებითი დიპოლური მომენტი ინდუცირებულია ელექტრონებზე მოქმედი ძალების გამო; ამ ნაწილს მივყავართ იმავე ელექტრონულ პოლარიზაციამდე, რაც ჩვენ აღმოვაჩინეთ არაპოლარული მოლეკულისთვის. ძალიან ზუსტი შესწავლისას ეს ეფექტი, რა თქმა უნდა, გასათვალისწინებელია, მაგრამ ამ დროისთვის უგულებელყოფთ. (ის ყოველთვის დასასრულს შეიძლება დაემატოს.) მეორე, ელექტრული ველი მიდრეკილია ცალკეული დიპოლების დალაგებისკენ, რაც აწარმოებს წმინდა მომენტს მოცულობის ერთეულზე. თუ ყველა დიპოლი გაზში იყო გაფორმებული, პოლარიზაცია ძალიან დიდი იქნებოდა, მაგრამ ეს ასე არ ხდება. ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე და ველის სიძლიერეზე, მოლეკულების შეჯახება მათი თერმული მოძრაობის დროს არ აძლევს მათ სათანადოდ დალაგების საშუალებას. მაგრამ გარკვეული გასწორება მაინც ხდება და, შესაბამისად, მცირე პოლარიზაცია (ნახ. 11.2). შედეგად პოლარიზაცია შეიძლება გამოითვალოს თავში აღწერილი სტატისტიკური მექანიკის მეთოდებით. 40 (გამოცემა 4).

ფიგურა. 11.2. პოლარული მოლეკულების გაზში ცალკეული მომენტები შემთხვევით არის ორიენტირებული, მცირე მოცულობის საშუალო მომენტი არის ნული (a); ელექტრული ველის მოქმედებით, საშუალოდ, ხდება მოლეკულების გარკვეული გასწორება (ბ).

ამ მეთოდის გამოსაყენებლად საჭიროა იცოდეთ დიპოლის ენერგია ელექტრულ ველში. განვიხილოთ დიპოლი მომენტით ელექტრულ ველში (სურ. 11.3). დადებითი მუხტის ენერგია არის (1), ხოლო უარყოფითი მუხტის ენერგია არის (2). აქედან ვიღებთ დიპოლის ენერგიას

სად არის კუთხე და . როგორც მოსალოდნელი იყო, ენერგია მცირდება, როდესაც დიპოლები რიგდებიან ველის გასწვრივ. ახლა, სტატისტიკური მექანიკის მეთოდების გამოყენებით, ჩვენ გავარკვევთ, რამდენად ძლიერად უსწორდებიან დიპოლები. ჩვ. 40 (გამოცემა 4) ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ თერმული წონასწორობის მდგომარეობაში პოტენციური ენერგიის მქონე მოლეკულების ფარდობითი რაოდენობა პროპორციულია

სად არის პოტენციური ენერგია პოზიციის ფუნქციით. იგივე არგუმენტების გამოყენებით შეგვიძლია ვთქვათ, რომ თუ პოტენციურ ენერგიას, როგორც კუთხის ფუნქციას აქვს ფორმა (11.14), მაშინ მოლეკულების რაოდენობა კუთხის ერთეულზე მყარ კუთხზე პროპორციულია .

სურათი 11.3. ველში დიპოლის ენერგია არის .

ვივარაუდოთ, რომ მოლეკულების რაოდენობა ერთეულ მყარ კუთხზე მიმართულია ტოლი კუთხით, გვაქვს

. (11.16)

ჩვეულებრივი ტემპერატურისა და ველებისთვის მაჩვენებელი მცირეა და მაჩვენებლის გაფართოებით შეგვიძლია გამოვიყენოთ სავარაუდო გამოხატულება

(11.17)

იპოვეთ ყველა კუთხით (11.17) ინტეგრირებით; შედეგი უნდა იყოს ტოლი, ე.ი. მოლეკულების რაოდენობა მოცულობის ერთეულზე. საშუალო მნიშვნელობა, როდესაც ინტეგრირებულია ყველა კუთხით, არის ნული, ამიტომ ინტეგრალი არის უბრალოდ, გამრავლებული სრულ მყარ კუთხეზე. ვიღებთ

(11.17)-დან ჩანს, რომ მეტი მოლეკულა იქნება ორიენტირებული ველის გასწვრივ () ვიდრე ველის წინააღმდეგ (). ამიტომ, ნებისმიერ მცირე მოცულობაში, რომელიც შეიცავს ბევრ მოლეკულას, იქნება მთლიანი დიპოლური მომენტი ერთეულ მოცულობაზე, ე.ი. პოლარიზაცია . გამოსათვლელად, თქვენ უნდა იცოდეთ ყველა მოლეკულური მომენტის ვექტორული ჯამი მოცულობის ერთეულზე. ჩვენ ვიცით, რომ შედეგი იქნება მიმართული , ასე რომ, ჩვენ მხოლოდ უნდა შევაჯამოთ კომპონენტები ამ მიმართულებით (კომპონენტები პერპენდიკულარული იქნება ნულამდე):

ჩვენ შეგვიძლია შევაფასოთ ჯამი კუთხური განაწილების ინტეგრირებით. მყარი კუთხე, რომელიც შეესაბამება , არის ; აქედან

(11.19)

ჩანაცვლება მისი გამოხატვის ნაცვლად (11.17), გვაქვს

,

რომელიც ადვილად ინტეგრირებულია და იწვევს შემდეგ შედეგს:

პოლარიზაცია ველის პროპორციულია, ამიტომ დიელექტრიკული თვისებები ნორმალური იქნება. ასევე, როგორც მოველით, პოლარიზაცია ტემპერატურის უკუპროპორციულია, რადგან მაღალ ტემპერატურაზე შეჯახება უფრო მეტად არღვევს გასწორებას. ამ ტიპის დამოკიდებულებას კიურის კანონს უწოდებენ. მუდმივი მომენტის კვადრატი ჩნდება შემდეგი მიზეზის გამო: მოცემულ ელექტრულ ველში გასწორების ძალა დამოკიდებულია ზე და საშუალო მომენტი, რომელიც წარმოიქმნება გასწორების დროს, კვლავ პროპორციულია . საშუალო ინდუცირებული მომენტი პროპორციულია.

ახლა ვნახოთ, რამდენად ეთანხმება განტოლება (11.20) ექსპერიმენტს. ავიღოთ წყლის ორთქლი. ვინაიდან ჩვენ არ ვიცით რისი ტოლია, პირდაპირ ვერ გამოვთვალოთ და , მაგრამ განტოლება (11.20) პროგნოზირებს, რომ ის უნდა შეიცვალოს ტემპერატურის უკუპირებით და ეს უნდა შევამოწმოთ ..) ნახ. 11.4 ჩვენ დავხატეთ გაზომილი მნიშვნელობები ფუნქციის მიხედვით. (11.21) ფორმულით პროგნოზირებული დამოკიდებულება კარგად არის დაკმაყოფილებული.

სურათი 11.4. წყლის ორთქლის დიელექტრიკული მუდმივის გაზომილი მნიშვნელობები რამდენიმე ტემპერატურაზე.

პოლარული მოლეკულების ნებადართულობის კიდევ ერთი მახასიათებელია - მისი ცვლილება გარე ველის სიხშირის მიხედვით. იმის გამო, რომ მოლეკულებს აქვთ ინერციის მომენტი, მძიმე მოლეკულებს გარკვეული დრო სჭირდება ველის მიმართულებით მობრუნებას. ამიტომ, თუ გამოიყენება სიხშირეები ზედა მიკროტალღური ზოლიდან ან კიდევ უფრო მაღალიდან, პოლარული წვლილი ნებადართულობაში მცირდება, რადგან მოლეკულებს არ აქვთ დრო, რომ მიჰყვნენ ველს. ამის საპირისპიროდ, ელექტრონული პოლარიზება კვლავ იგივე რჩება ოპტიკურ სიხშირემდე, რადგან ელექტრონების ინერცია ნაკლებია.

მოლეკულა (ატომი, იონი) შედგება ნეიტრალური და დადებითად და უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკებისგან. არსებობს ორი სახის ნაწილაკები - სიმეტრიული მუხტის განაწილებით (H 2, CH 4, C 6 H 6 და სხვ.) და ასიმეტრიული (HX, CH 3 X, C 6 H 5 X: X - ჰალოგენი და სხვ.). ეს არის არაპოლარული და პოლარული მოლეკულები. პოლარულ მოლეკულას ასევე უწოდებენ დიპოლს ან დიპოლურ მოლეკულას.

დიატომურ დიპოლურ მოლეკულაში ერთ ატომს აქვს უარყოფითი მუხტების ჭარბი რაოდენობა, მეორეს კი დადებითი მუხტების იგივე ჭარბი. მთლიანი გადასახადი ნულის ტოლია. პოლიატომურ მოლეკულებს აქვთ რამდენიმე რეგიონი ჭარბი დადებითი და უარყოფითი მუხტით. თუმცა, აქაც შეიძლება წარმოიდგინოთ მუხტის ორი ცენტრი.

დიპოლური მომენტი ( , C×m) არის მუხტის ( , C) და მუხტებს შორის მანძილის ნამრავლი ( , m):

დიპოლური მომენტი უნდა ჩაითვალოს როგორც ვექტორი, რომელიც მიმართულია უარყოფითი მუხტიდან პოზიტიურზე (ქიმიაში ისინი ჩვეულებრივ საპირისპირო მიმართულებას იღებენ). თუ მოლეკულა შედგება მრავალი ატომისგან, მაშინ მისი დიპოლური მომენტი განისაზღვრება, როგორც ვექტორული ჯამი:

ნორმალურ პირობებში, ნივთიერებაში მოლეკულების დიპოლური მომენტები თვითნებურად არის ორიენტირებული და ანაზღაურებს ერთმანეთს.

როდესაც ნივთიერება მოთავსებულია ელექტრულ ველში (შექმნილია კონდენსატორის ან პოლარული მოლეკულის, იონის და ა. მოლეკულების ჯამური დიპოლური მომენტი ამ შემთხვევაში > 0, მას ორიენტაციის დიპოლური მომენტი ეწოდება.

როდესაც პოლარული და არაპოლარული მოლეკულები მოთავსებულია ელექტრულ ველში, მუხტები გადაადგილდებიან ერთმანეთთან შედარებით, რაც ქმნის ინდუცირებულ (გამოწვეულ) დიპოლურ მომენტს. მას დეფორმაციის დიპოლური მომენტი ეწოდება.

ნივთიერების მოლეკულების დიპოლური მომენტის წარმოქმნას ელექტრული ველის მოქმედებით ე.წ. კავშირის პოლარიზაცია. ეს არის მოლეკულების დეფორმაციისა და ორიენტაციის დიპოლური მომენტის ჯამი.

მოლეკულის დეფორმაციის პოლარიზაციაპროპორციულია ველის სიძლიერის (, V/m). შედეგად გამოწვეული დიპოლური მომენტი დაკავშირებულია რაოდენობასთან მიმართებით:

რომელშიც პროპორციულობის კოეფიციენტს ( , m 3) ეწოდება მოლეკულის დეფორმაციული პოლარიზებადობა. მოლეკულის დეფორმაციის პოლარიზებადობა არის ელექტრონული და ატომური წვლილის ჯამი:

წონასწორული პოზიციებიდან გადაადგილების გამო ატომებისა და ელექტრონების გარე ელექტრული ველის მოქმედებით. რაც უფრო დაშორებულია მოლეკულის (ატომის) გარე ელექტრონები ბირთვებიდან, მით უფრო მაღალია ელექტრონული პოლარიზება. ატომური ბირთვების გადაადგილება, რომლებიც ელექტრონებთან შედარებით მძიმეა, მცირეა და შეადგენს დაახლოებით 5-დან 10%-მდე.

ნაერთის ორიენტაციის პოლარიზაცია -ელექტრულ ველში პოლარული მოლეკულები ორიენტირებულია ძალის ველის ხაზების გასწვრივ, შედეგად ცდილობს დაიკავოს ყველაზე სტაბილური პოზიცია მინიმალური პოტენციური ენერგიის შესაბამისი. ამ ფენომენს ეწოდება ორიენტაციის პოლარიზაცია და უდრის პოლარიზებადობის გაზრდას იმ რაოდენობით, რომელსაც ეწოდება ორიენტაციის პოლარიზაცია:

სადაც კარის ბოლცმანის მუდმივი, J/K;

T-აბსოლუტური ტემპერატურა, კ.

ორიენტაციის პოლარიზებადობა, როგორც წესი, სიდიდის ბრძანებით უფრო მაღალია, ვიდრე მოღუნვის პოლარიზება. განტოლებიდან (43) გამომდინარეობს, რომ ტემპერატურის მატებასთან ერთად მცირდება, ვინაიდან თერმული მოძრაობა ხელს უშლის მოლეკულების ორიენტაციას.

მოლეკულის მთლიანი პოლარიზებადობა არის სამი სიდიდის ჯამი:

. (44)

პოლარიზაციას აქვს მოცულობის განზომილება და გამოიხატება m 3-ში.

ნივთიერების მთლიანი პოლარიზაცია (მოლარული პოლარიზაცია, მ 3 / მოლი) დაკავშირებულია ნივთიერების ფარდობით ნებადართულობასთან Debye განტოლებით:

, (45)

სად არის ნივთიერების მოლური მასა, გ/მოლი;

არის მისი სიმკვრივე, გ/მ3;

არის გარემოს ფარდობითი დიელექტრიკული მუდმივი.

სრული პოლარიზაცია შეინიშნება მხოლოდ სტატიკურ ველში და დაბალი სიხშირის ველში. მაღალი სიხშირის ველში დიპოლებს არ აქვთ დრო ორიენტირებისთვის. ამრიგად, მაგალითად, ინფრაწითელი გამოსხივების ველში ხდება ელექტრონული და ატომური პოლარიზაცია, ხოლო ხილული გამოსხივების ველში მხოლოდ ელექტრონული პოლარიზაცია ხდება, რადგან მხოლოდ მსუბუქი ნაწილაკები, ელექტრონები, გადაადგილებულია ველის რხევების მაღალი სიხშირის გამო. არაპოლარული ნივთიერებებისთვის, ორიენტაციის პოლარიზაცია ნულის ტოლია.

რეფრაქცია

მაქსველის ელექტრომაგნიტური თეორია გამჭვირვალე არაპოლარული ნივთიერებებისთვის მივყავართ კავშირს:

სად არის რეფრაქციული ინდექსი (პოლარული ნივთიერებებისთვის). განტოლების (46) ჩანაცვლება განტოლებით (45) და თუ ვივარაუდებთ, რომ , მივიღებთ:

. (47)

რაოდენობას ნივთიერების მოლეკულური რეფრაქცია ეწოდება.

(47) განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ რაოდენობა რნივთიერების რეფრაქციული ინდექსით განსაზღვრული, მისი მოლეკულების ელექტრონული პოლარიზადობის საზომს წარმოადგენს. ზოგადად, რეფრაქციული ინდექსი ნდამოკიდებულია რადიაციის ტალღის სიგრძეზე და თანასწორობა მკაცრად მოქმედებს l = ¥-ისთვის. ექსტრაპოლაცია ნრომ n¥ჩვეულებრივ ტარდება კოშის ფორმულის მიხედვით:

n= n¥ + ბ/ლ.(48)

მუდმივები ბდა n¥განისაზღვრება გაზომვით ნორი განსხვავებული l-სთვის, მაგალითად l ფდა ლ Cწყალბადის სპექტრის ხაზები. უმეტეს შემთხვევაში, ეს არ არის განსაზღვრული R¥, ა რ დგაზომვით nDყვითელისთვის დნატრიუმის ხაზები.

ფიზიკურ და ქიმიურ კვლევებში ასევე გამოიყენება სპეციფიკური რეფრაქცია:

. (49)

რეფრაქციას აქვს მოცულობის განზომილება, რომელიც დაკავშირებულია ნივთიერების გარკვეულ ნაწილთან:

სპეციფიკური რეფრაქცია - (სმ 3/გ);

მოლეკულური - (სმ 3/მოლი).

დაახლოებით, მოლეკულა შეიძლება ჩაითვალოს ეფექტური რადიუსის სფეროდ rMგამტარი ზედაპირით. Ამ შემთხვევაში:

შემდეგ განტოლებებიდან (47, 50) ვიღებთ:

ამრიგად, მოლეკულური რეფრაქცია უდრის საკუთარ მოცულობას ნ ანივთიერების მოლეკულები.

არაპოლარული ნივთიერებებისთვის R"პოლარული ნივთიერებებისთვის რნაკლებია ორიენტაციის პოლარიზაციის მნიშვნელობით.

როგორც (47) განტოლებიდან ჩანს, მოლეკულური რეფრაქცია განისაზღვრება მხოლოდ პოლარიზებულობით და, შესაბამისად, არ არის დამოკიდებული ნივთიერების აგრეგაციის ტემპერატურასა და მდგომარეობაზე. ამრიგად, გარდატეხა არის მატერიის დამახასიათებელი მუდმივი.

მოლეკულების დიპოლური მომენტი

მოლეკულების ელექტრო და მაგნიტური თვისებები

წყალბადის ბმა

წყალბადის ბმა შუალედურია ურთიერთქმედების მოლეკულურ და ქიმიურ ძალებს შორის. ეს თავისებური კავშირი დამყარებულია წყალბადის ატომს შორის, რომელსაც აქვს გამორჩეული თვისებები ყველა სხვა ატომისგან. მის ელექტრონს აძლევენ ბმის შესაქმნელად, ის რჩება ბირთვის (პროტონის) სახით ელექტრონის გარეშე, ე.ი. ნაწილაკების სახით, რომლის დიამეტრი ათასჯერ ნაკლებია სხვა ატომების დიამეტრებზე. გარდა ამისა, მასში ელექტრონების არარსებობის გამო, H + იონი არ განიცდის მოგერიებას სხვა ატომის ელექტრონული გარსიდან, არამედ იზიდავს მას. ეს საშუალებას აძლევს მას მიუახლოვდეს სხვა ატომებს, ურთიერთქმედდეს მათ ელექტრონებთან და შეაღწიოს მათ ელექტრონულ გარსებშიც კი. ამრიგად, სითხეებში წყალბადის იონი არ არის დაცული, როგორც დამოუკიდებელი ნაწილაკი, არამედ დაკავშირებულია სხვა ნივთიერებების მოლეკულებთან. წყალში ის აკავშირებს H 2 O მოლეკულებს, ქმნის ჰიდრონიუმის იონებს H 3 O +, ამიაკის მოლეკულებთან NH 4 +.

წყალბადის ბმა, როგორც იქნა, წყალბადის ატომის მეორე გვერდითი ვალენტობაა.

კავშირის სიმტკიცე ¸ 20-30 კჯ/მოლი

წყალბადის ბმა ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს წყლისა და ყინულის სტრუქტურაში.

H-O ბმის სიგრძე არის კოვალენტური = 0,99 A°, წყალბადის ბმის სიგრძეა 1,76 A°.

როდესაც ყინული დნება, წყალბადის ბმები ნადგურდება, ხოლო გახურებისას ხდება გაფართოება. წყალბადის ბმების განადგურება იწვევს მოცულობის შემცირებას და, შედეგად, წყლის სიმკვრივე გადის მაქსიმუმ 4°C-ზე.

როდესაც ელექტრული მუხტების სიმძიმის ცენტრები არ ემთხვევა მოლეკულაში, წარმოიქმნება ელექტრული ბოძები - დადებითი და უარყოფითი. ასეთ მოლეკულებს პოლარული ეწოდება. ორი იდენტური საპირისპირო მუხტის სისტემას დიპოლს უწოდებენ.

პოლარობის საზომი არის დიპოლური მომენტის m მნიშვნელობა, რომელიც არის მუხტის q და l მანძილის ნამრავლი.

სიდიდის მიხედვით, დიპოლური მომენტი უდრის ელექტრონის მუხტს გამრავლებული მანძილით (10 -10 el.st.ed.´ 10 -8 სმ), რაც არის 10-18 el.st.ed.cm და უდრის 1-ს. დაგემშვიდობე.

თუ მოლეკულაში არის რამდენიმე პოლარული ბმა, მაშინ ჯამური მომენტი უდრის ცალკეული ბმების დიპოლური მომენტების ვექტორულ ჯამს.

სხვადასხვა ცვლილებებს, რომლებსაც მოლეკულები განიცდიან მათზე გარე ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ, ეწოდება პოლარიზაცია. არსებობს ორიენტირებული, ატომური და ელექტრონული პოლარიზაცია.

ორიენტაციის პოლარიზაცია წარმოადგენს პოლარული მოლეკულების ორიენტაციას სივრცეში გარე ელექტრული ველის მიმართულების მიხედვით. ტემპერატურის მატებასთან ერთად მცირდება ორიენტაციის პოლარიზაცია.

ატომური პოლარიზაცია ეხება ატომების ფარდობით გადაადგილებას, რომლებიც ქმნიან მოლეკულას. იგი ახასიათებს დადებითად დამუხტული ბირთვების გადაადგილებას უარყოფით პოლუსთან მიმართებაში.

ელექტრონული პოლარიზაციის დროს ელექტრონები გადაადგილდებიან ატომის ბირთვთან შედარებით.

ატომური და ელექტრონული პოლარიზაცია არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე. ელექტრონული, ატომური და ორიენტაციის პოლარიზაციათა ჯამს მთლიანი ან მოლარული პოლარიზაცია ეწოდება.

R \u003d R a + R e + R op \u003d R op + R d

R d \u003d R a + R e

ატომური და ელექტრონული პოლარიზაციის ჯამს დეფორმაციის პოლარიზაცია ეწოდება.

როდესაც მოლეკულები ურთიერთქმედებენ ელექტრომაგნიტურ ველებთან, განსაკუთრებით ხილულ შუქთან (l = 4000-8000 A), ატომური და ორიენტაციის პოლარიზაცია არ წარმოიქმნება, რადგან ატომებს არ აქვთ დრო, რომ იმოძრაონ იმავე სიჩქარით, როგორც ხდება სინათლის ვიბრაცია. ელექტრონები რეაგირებენ სინათლის ვიბრაციაზე. ამ შემთხვევაში მოლარული პოლარიზაცია უდრის მხოლოდ ელექტრონულ პოლარიზაციას და ეწოდება მოლური რეფრაქცია

მოლარულ რეფრაქციას აქვს დანამატის თვისებები და არის მოცემული ნივთიერების დამახასიათებელი მუდმივი.

რეფრაქციის დანამატობა გამოიყენება ორგანული მოლეკულების სტრუქტურის გასარკვევად.

R m = å n Ri, სადაც n არის ატომების რაოდენობა

Ri - მოლარის რეფრაქციის მატება

CH 3 -CH 2 -COOH - პროპიონის მჟავა

R m \u003d 3Rc + 6Rn + Ro-hydrox + Ro-carbox =

3×2.418 + 6×1.10 + 1.325 + 2.211 = 17.59 სმ3/გ-ზე

გამოცდილება იძლევა 17,68 სმ 3 / გ-ატ.

რეფრაქციული ინდექსი, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, დამოკიდებულია ატომების, მოლეკულების და იონების პოლარიზებადობაზე. ამრიგად, ნივთიერების ელექტრული მახასიათებლების შესწავლა მნიშვნელოვან ინფორმაციას გვაწვდის მოლეკულაში მუხტების განაწილების შესახებ და შესაძლებელს ხდის ნივთიერების ზოგიერთი თვისების დადგენას მისი ელექტრული ასიმეტრიის გამო.

მოდით განვიხილოთ რამდენიმე კითხვა მოლეკულაში დიპოლური მომენტის წარმოშობის ბუნებასთან დაკავშირებით.

პოლარიზება და დიპოლური მომენტი

ნებისმიერი მოლეკულა არის დადებითად დამუხტული ბირთვების და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების ერთობლიობა. +e-ის ტოლი ჯამური მუხტით, ყველა ელექტრონის მუხტი იქნება -e-ის ტოლი.

თუ ბირთვების და ელექტრონების განაწილება სივრცეში ისეთია, რომ დადებითი და უარყოფითი მუხტების „სიმძიმის“ ცენტრები ერთმანეთს არ ემთხვევა, მაშინ მოლეკულას აქვს მუდმივი დიპოლური მომენტი:

სადაც l არის მანძილი ელექტრული მუხტების ცენტრებს შორის.

ასეთი მოლეკულა პოლარულია. მოლეკულის პოლარობის საზომია დიპოლური მომენტის სიდიდე, რომელიც გამოიხატება დებიებში (D):

D = 3,33564 10?30 C მ

დიპოლური მომენტი არის ვექტორული სიდიდე. ვექტორის მიმართულება ">" შეირჩევა უარყოფითი პოლუსიდან დადებითისკენ. ქიმიურ ლიტერატურაში კი ტრადიციულად საპირისპირო მიმართულებაა მიღებული, ანუ "+"-დან "?"-მდე.

თუ მარტივი ნივთიერებების დიატომურ მოლეკულებში, ანუ იდენტური ატომებისგან შემდგარ, და რთული ნივთიერებების პოლიატომურ მოლეკულებში მაღალი სიმეტრიით, საპირისპირო ელექტრული მუხტების „სიმძიმის“ ცენტრები ემთხვევა (l \u003d 0), მაშინ ასეთ მოლეკულებს არ აქვთ. მუდმივი მომენტია (m = 0) და არიან არაპოლარული.

თუ რომელიმე არაპოლარული მოლეკულა მოთავსებულია მუდმივ ელექტრულ ველში, რომელიც შექმნილ იქნა, მაგალითად, კონდენსატორის მიერ, მაშინ ხდება მისი პოლარიზაცია, რაც გამოიხატება მუხტების მრავალმხრივი გადაადგილებით (დეფორმაციის პოლარიზაცია). ატომების მძიმე ბირთვები გარკვეულწილად გადაინაცვლებს უარყოფითი პოლუსისკენ, ხოლო უმნიშვნელო მასის ელექტრონები ადვილად გადაადგილდებიან დადებითი პოლუსისკენ. შედეგად, დადებითი და უარყოფითი მუხტების "სიმძიმის" ცენტრები არ დაემთხვევა და მოლეკულაში გამოჩნდება ინდუცირებული (გამოწვეული) დიპოლი, რომლის მომენტი პროპორციულია ელექტრული ველის სიძლიერეზე:

m ind = b D E, (11)

სადაც E არის შიდა ელექტრული ველის სიძლიერე მოლეკულაში [ელ. Ხელოვნება. ერთეული/სმ 2; C / სმ 2]

b D - პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელიც გვიჩვენებს რა დიპოლური მომენტი იქმნება, როდესაც ელექტრული ველის სიძლიერე უდრის ერთიანობას. რაც უფრო მეტია b D, მით უფრო ადვილია მოლეკულის პოლარიზაცია. კოეფიციენტი b D, რომელსაც ეწოდება დეფორმაციის პოლარიზებადობა, უდრის ელექტრონული b D და ატომური პოლარიზაციის b ჯამის:

b D = b el + b at (12)

რაც უფრო შორს იქნება გარე (უფრო მოძრავი) ვალენტური ელექტრონები ატომური ბირთვებიდან, მით უფრო მაღალია მოლეკულის ელექტრონული პოლარიზება. ვინაიდან ატომის ბირთვების გადაადგილება უმნიშვნელოა (b at არის b el-ის 5 - 10%) და შეიძლება უგულებელვყოთ, ეს იქნება დაახლოებით b D = b el.

ამრიგად, ელექტრულ ველში წარმოიქმნება დიპოლი ინდუცირებული ან, როგორც მას უწოდებენ, ინდუცირებული დიპოლური მომენტით.

თუ რომელიმე პოლარული მოლეკულა მოთავსებულია ელექტრულ ველში, მოხდება ორი პროცესი. ჯერ ერთი, მოლეკულა იქნება ორიენტირებული ველის გასწვრივ და მეორეც, მანძილი „მუხტის სიმძიმის“ ცენტრებს შორის გაიზრდება, გაიზრდება მოლეკულის დიპოლური მომენტი.

ამრიგად, ელექტრულ ველში პოლარული მოლეკულები, ისევე როგორც არაპოლარული, განიცდიან დეფორმაციის პოლარიზაციას. გარდა ამისა, ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ, ისინი ორიენტირდებიან მისი ძალის ხაზის გასწვრივ, ცდილობენ დაიკავონ სტაბილური პოზიცია, რომელიც შეესაბამება მინიმალური პოტენციური ენერგიის. ამ ფენომენს, რომელსაც ეწოდება ორიენტაციის პოლარიზაცია, აქვს ეფექტი მოლეკულის პოლარიზებადობის გაზრდის ოდენობით ბორის მიერ, რომელსაც ეწოდება ორიენტაციის პოლარიზაცია:

სადაც k არის ბოლცმანის მუდმივა (1.380662(44) 10 −23 J/K);

T არის აბსოლუტური ტემპერატურა, K.

ამრიგად, b მოლეკულის მთლიანი პოლარიზებადობა არის სამი სიდიდის ჯამი:

b = b el + b at + b op ან b = b D + b op (14)

(11) და (12) განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ საერთო პოლარიზებად b-ს ექნება მოცულობის განზომილება [cm3 ან A3].

მოლარის პოლარიზაცია

ელექტრულ (ელექტრომაგნიტურ) ველში მოლეკულები პოლარიზებულია და წარმოიქმნება დაძაბულობის მდგომარეობა, რომელიც ხასიათდება ნივთიერების დიელექტრიკული მუდმივის (e) მნიშვნელობით, რომელიც შედის კულონის კანონის განტოლებაში და შეიძლება განისაზღვროს ექსპერიმენტულად.

დიელექტრიკული გამტარიანობის გაზომვით, რომელიც ახასიათებს ნივთიერებას მთლიანობაში, შესაძლებელია დიელექტრიკების პოლარიზაციის თეორიის მიხედვით განისაზღვროს მისი მოლეკულების ელექტრო-ოპტიკური პარამეტრები, რომლებიც დაკავშირებულია კლაუსიუს-მოსოტის ფორმულასთან:

სადაც N A არის ავოგადროს ნომერი;

M არის ნივთიერების მოლეკულური წონა;

C არის ნივთიერების სიმკვრივე, გ/მლ.

P M - მოლარული პოლარიზაცია - მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს ინდუცირებული მომენტის ზომას მოცულობაში, რომელიც იკავებს ნივთიერების 1 მოლს.

მოლური პოლარიზაცია, დიპოლური მომენტი და მოლეკულის მთლიანი პოლარიზება დაკავშირებულია ერთმანეთთან Debye განტოლებით, რომელიც მიღებულია (12) - (14) განტოლებიდან:

Debye განტოლების გამოყენებით, შეიძლება გამოვთვალოთ b და m მნიშვნელობები e, M და c ცნობილი მნიშვნელობებიდან.

ნივთიერებების მოლეკულების პოლარიზაცია, რომლებსაც აქვთ e და P-ის შედარებით დიდი მნიშვნელობები (მაგალითად, H 2 O, HCN, HCl) დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, მცირდება მისი მატებასთან ერთად. ასეთი ნივთიერებების მოლეკულები, რომლებსაც არ აქვთ მუხტის ცენტრის სიმეტრია, მუდმივი დიპოლებია. მათთვის დების განტოლებაში მოლური პოლარიზაცია გამოიხატება 1/T-ის წრფივი ფუნქციით:

m \u003d 0-ის მქონე ნივთიერებები შედგება სიმეტრიული მოლეკულებისგან (მაგალითად, O 2, CO 2, CS 2, მრავალი ნახშირწყალბადის მოლეკულები). ელექტრულ ველში ასეთ მოლეკულებში წარმოიქმნება ინდუცირებული დიპოლური მომენტი. ამ ტიპის მოლეკულების პოლარიზაცია არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე (ნახ. 3).

მუდმივი დიპოლური მოლეკულების შემთხვევაში (სწორი ხაზი a; სურ. 3), ორდინატთა სეგმენტი OA = a განსაზღვრავს b პოლარიზადობის მნიშვნელობას, ხოლო tgv = b - დიპოლური მომენტის m მნიშვნელობას.

მოლეკულების სრული პოლარიზაცია შეიძლება შეინიშნოს სტატიკური ელექტრულ ველში ან დაბალი სიხშირის ელექტრომაგნიტურ ველში, მაგრამ არა მაღალი სიხშირის ველში, სადაც დიპოლებს არ აქვთ დრო ორიენტირებისთვის. ამიტომ, მაგალითად, დაბალი სიხშირის ინფრაწითელი გამოსხივების ველში ხდება როგორც ელექტრონული, ასევე ატომური პოლარიზაცია, ხოლო ხილული სინათლის უფრო მაღალი სიხშირის ველში ხდება მხოლოდ ელექტრონული პოლარიზაცია (P el = 4/3pN A b el), რადგან მაღალი სიხშირის ვიბრაციებით გადაადგილების დრო მხოლოდ ძალიან მსუბუქ ნაწილაკებს - ელექტრონებს აქვთ. არაპოლარული ნივთიერებებისთვის: P OP = 0 და P = P D? R EL.

ბრინჯი. 3. მოლარული პოლარიზაციის დამოკიდებულება

დაბრუნების ტემპერატურისგან

a - მოლეკულისთვის, მუდმივი დიპოლები;

ბ - არაპოლარული მოლეკულებისთვის.

იონოვი, მეორეს მხრივ - პოლარიზებადობა.

კატიონის პოლარიზებული მოქმედება.დამოკიდებულია იონის ელექტრონულ სტრუქტურაზე, მუხტის სიდიდესა და რადიუსზე. პოლარიზებული ეფექტი იქნება უფრო მნიშვნელოვანი, უფრო მცირე რადიუსი, გარე ელექტრონის ორბიტალების ძირითადი კვანტური რიცხვი და უფრო დიდი მუხტი.

Მაგალითად:პერიოდული ცხრილის პირველი რიგების კათიონებისთვის დამახასიათებელია ძლიერი პოლარიზებული ეფექტი.

ანიონების პოლარიზაცია.დამოკიდებულია იმავე ფაქტორებზე, როგორც კათიონების პოლარიზებული ეფექტი. რაც უფრო დიდია ანიონის რადიუსი და მუხტი, მით უფრო პოლარიზდება იგი.

კათიონის პოლარიზებული ეფექტი არის ელექტრონული ღრუბლის ანიონიდან მოშორება. შედეგად იზრდება კოვალენტურობის ხარისხი, მცირდება ბმის იონიურობა, ანუ ბმა ხდება კოვალენტური პოლარული.

იონების პოლარიზაცია თავისი ეფექტით ეწინააღმდეგება კოვალენტური ბმის პოლარიზაციას.

პოლარიზება და მისი თვისებები

განმარტება 2

პოლარიზება- ნივთიერების უნარი შეიძინოს ელექტრული დიპოლური მომენტი გარე ელექტრული ველის მოქმედებით. ეს არის ნაწილაკების ელექტრონული ღრუბლის დეფორმირების უნარი სხვა იონის ელექტროსტატიკური ველის მოქმედებით. იონის პოლარიზებული მოქმედება განსაზღვრავს ამ ველის ინტენსივობას.

პოლარიზება ახასიათებს მოლეკულის უნარს გახდეს პოლარული გარე ელექტრული ველის მოქმედების შედეგად. ნაერთი ასევე პოლარიზებულია მოლეკულების ერთმანეთზე მოქმედებით, მაგალითად, ქიმიური რეაქციების დროს.

პოლარიზაციის შედეგი შეიძლება იყოს კომუნიკაციის სრული შეწყვეტა. ამ შემთხვევაში ხდება შემაკავშირებელი ელექტრონული წყვილის გადასვლა ერთ-ერთ ატომზე და წარმოიქმნება საპირისპირო იონები. ასიმეტრიული ბმის გაწყვეტას ასეთი იონების წარმოქმნით ეწოდება ჰეტეროლიზური:

სურათი 1.

პოლარიზება შეიძლება გამოწვეული იყოს:

ელექტრონების ან ატომური ბირთვების გადაადგილება ელექტრული ველის მოქმედებით;

მოლეკულის გეომეტრიის ცვლილება;

მოლეკულის ბრუნვა;

იონის გადატანა მეზობელ თავისუფალ კრისტალოგრაფიულ პოზიციაზე (სკანავის პოლარიზება) და ა.შ.

იონების პოლარიზებადობა დამოკიდებულია იონის ელექტრონულ სტრუქტურაზე, მის მუხტზე და ზომაზე. პერიოდული სისტემის თითოეულ ქვეჯგუფში ელემენტის იონების პოლარიზება იზრდება მათი ატომური რიცხვის მატებასთან ერთად.

იონების პოლარიზებული ეფექტი უფრო მნიშვნელოვანია, ვიდრე:

იონის ელექტრონული გარსი უფრო სტაბილურია;

მეტი დატენვა;

უფრო მცირე იონის რადიუსი.

პოლარიზება იზრდება:

მოლეკულის (ატომის) ზომის ზრდით;

ატომური რიცხვის გაზრდით;

ზრდის ატომის აგზნების სიმარტივეს.

Მაგალითად:ოქტანი უფრო პოლარიზებადია ვიდრე ჰექსანი, რადგან მას მეტი ელექტრონი აქვს. მაგრამ ჰექსადიენი ასევე უფრო პოლარიზებადი იქნება, ვიდრე ჰექსანი, რაც განპირობებულია ჰექსადიენში მოძრავი $\pi $ ელექტრონების არსებობით. და $\pi $-ელექტრონები უფრო მგრძნობიარეა ელექტრული ველის ცვლილებების მიმართ, ვიდრე $\sigma $-ელექტრონები.

პოლარიზება გავლენას ახდენს:

გაზის ფაზაში მოლეკულების მჟავიანობა და ფუძეობა;

ლუისის მჟავებისა და ფუძეების სიმტკიცე;

ნუკლეოფილური ჩანაცვლების სიჩქარე.

მოლეკულების პოლარიზადობის გამოთვლა

პოლარიზაცია გამოიხატება ინდუცირებული დიპოლური მომენტის გამოჩენაში $\mu_(ind)$; ნაწილაკები (ელექტრონებისა და ბირთვების გადაადგილების შედეგად).

ინდუცირებული დიპოლური მომენტი პროპორციულია გარე ელექტრული ველის სიძლიერისა:

$\mu_(ind) = \alpha \cdot \varepsilon_0 \cdot E$,

სადაც $\mu_ind$ არის ინდუცირებული დიპოლური მომენტი, D;

$\alpha $ -- პროპორციულობის კოეფიციენტი -- ნაწილაკების პოლარიზება, $\frac(Kl \cdot f (m^2))(B)$;

$E$ -- ელექტრული ველის სიძლიერე, $B$.

იონებისთვის პოლარიზებადობა მათი რადიუსის კუბის პროპორციულია.

ელექტრულ ველში მუდმივი დიპოლური მომენტის მქონე პოლარულ მოლეკულას აქვს დამატებითი ინდუცირებული დიპოლური მომენტი. შემდეგ მხედველობაში მიიღება მთლიანი ფარდობითი ნებართვა. ეს არის გამოხატული დებაის განტოლება:

$N(\frac(\alpha + \mu^2)(3\varepsilon_0kT))=3(\varepsilon-1)(\varepsilon+2)$,

სადაც $N$ არის მოლეკულების რაოდენობა ნიმუშის მოცულობის ერთეულზე;

$\alpha $ - მოლეკულის პოლარიზება;

$\varepsilon_0$ - მოლეკულის მუდმივი დიპოლური მომენტი;

$k$ - ბოლცმანის მუდმივი;

$T$ - აბსოლუტური ტემპერატურა.

თუ ამ განტოლების მარჯვენა მხარის დამოკიდებულებას გამოვსახავთ $\frac(1)(T)$-ზე, მაშინ

შეიძლება განისაზღვროს $\frac(\mu^2)(3\varepsilon_0k)$ და, შესაბამისად, მოლეკულის მუდმივი დიპოლური მომენტი. პოლარიზებადობა განისაზღვრება y-ღერძზე მოწყვეტილი სეგმენტით $\frac(1)(T) = 0$-ზე.

ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე დიპოლი ისე სწრაფად ბრუნავს, რომ მისი სიდიდე ბათილად ითვლება და რჩება მხოლოდ ინდუცირებული დიპოლი. ის მდებარეობს იმ ველის მიმართულებით, რომელიც იწვევს მას და შეიძლება შენარჩუნდეს უმაღლეს ტემპერატურაზე.

პოლარიზაციის ეფექტი ნივთიერებების თვისებებზე.

პოლარიზებულობამ შეიძლება ახსნას ნივთიერებების ზოგიერთი თვისება:

ხსნადობა.

Მაგალითად:ვერცხლის ქლორიდი $AgCl$ გაცილებით ნაკლებად ხსნადია წყალში, ვიდრე ნატრიუმის ქლორიდი $NaCl$ ან კალიუმის ქლორიდი $KCl$. ვერცხლის იონის $Ag^+$ რადიუსი შეესაბამება $Na^+$ ნატრიუმის და კალიუმის $K^+$ იონების რადიუსებს, მაგრამ ვერცხლის იონის პოლარიზებადობა გაცილებით დიდია (მას აქვს $18$ ელექტრონები. გარე დონე), ვიდრე ნატრიუმის და კალიუმის იონები. მაშასადამე, ვერცხლის ქლორიდში ბირთვთაშორისი მანძილი უფრო მცირეა და ბმის გაწყვეტის ენერგია უფრო დიდია, ვიდრე ნატრიუმის და კალიუმის ქლორიდების მოლეკულებში.

დნობის ტემპერატურა.იონების ურთიერთპოლარიზაცია ხელს უწყობს კრისტალების განადგურებას. ამ შემთხვევაში დნობის ტემპერატურა იკლებს და რაც უფრო მეტია ბროლის გისოსის დეფორმაცია.

Მაგალითად:რუბიდიუმის ფტორიდის $RbF$ და ტიტანის $TiF$ მოლეკულებში კათიონების რადიუსი იგივეა, მაგრამ ტიტანის იონი $Ti^+$ უფრო ძლიერ პოლარიზებულია და შესაბამისად უფრო ძლიერი პოლარიზებული ეფექტი აქვს ფტორის იონზე $F^. -$ ვიდრე რუბიდიუმის იონი $Rb^+$. რუბიდიუმის ფტორიდის დნობის წერტილი არის $798^\circ C$ და მფ. ტიტანის ფტორიდი $327^\circ C$.

დისოციაციის ტემპერატურა.პოლარიზაციის პროცესს ხელს შეუწყობს ტემპერატურის მატება. ამ შემთხვევაში იონური რხევების ამპლიტუდა იზრდება, რაც ზოგჯერ იწვევს ნივთიერების სტრუქტურის გადაკეთებას. შეინიშნება პოლიმორფული ტრანსფორმაცია. გაცხელებისას ასევე შესაძლებელია ელექტრონების სრული გადასვლა ანიონიდან კატიონზე - ხდება ნივთიერების თერმული დისოციაცია. რაც უფრო ძლიერია პოლარიზებული ეფექტი, მით უფრო დაბალია დისოციაციის ტემპერატურა.

Მაგალითად:მოცემული კატიონის $MCl - MI$ და მოცემული ნიონის $NaГ - LiГ$ ნაერთების სერიაში დაშლის ტემპერატურა შემცირდება.