Дипольдық момент. Поляризациялау

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

Кіріспе.

Дипольдық момент.
Поляризациялау.

Негізгі бөлім.

Химиялық байланыс.
Диссоциациялау энергиясы.

Қорытынды.

Тепе - теңдік конфигурациясы.

Электрон тығыздығының таралуына сай молекулалар: полюсті және полюссіз болып екіге бөлінеді. Полюссіз молекулалардың мысалы ретінде бірдей атомдардан тұратын H ₂ , F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , N ₂ , O ₂ және т. б. молекулаларды айтуға болады. Аталған молекулалардағы электрон тығыздығы екі атомның екеуіне де біркелкі таралған. Ал енді сутек фториді НҒ молекуласын алатын болсақ, ондағы электрон тығыздығының таралуы біркелкі емес. Байланыстырушы электрон бұлты фтор атомына қарайығысқан. Сол себептен фтор атомында артық теріс, ал сутек атомында артық оң заряд пайда болады. Сутек фториді сияқты бір бөлігінде артық оң, ал екінші бөлігінде артық теріс заряд жинақталған молекулалар полюсті молекулалар деп аталады. Полюсті молекулалардың таңбалары қарама - қарсы, бірақ шамалары бірдей, бірінен - бірі белгілі қашықтықта орналасқан зарядтардан ( $+ \delta$ және $- \delta$ ) құралған диполь деп қарастыруға болады.

l $-$ q +q

a. б . l

1 - сурет . полюссіз (а) және полюсті (б) молекулалар.

Зарядтардың арақашықтығы диполь ұзындығы деп аталады. Молекуланың полюстігі оның диполь моментімен сипатталады. Молекуланың диполь моменті $\ \mu\$ диполь ұзындығы l мен заряд шамасы $\delta$ -ның көбейтіндісіне тең,

$\mu = \ l \bullet \delta$

Диполь ұзындығы шамамен 10 ^-8 см, ал электронның заряды 4, 8 $\bullet 10$ ^-10 эл. ст. бірлікке тең, демек, диполь моментінің шамасы 10 ^-18 маңында болады. Бұл шама бір дебай деп аталып, Д әріпі арқылы белгіленеді. Полюссіз молекулалардың диполь моменті нөлге тең, ал полюсті молекулалардікі нөлден үлкен. Кестеде кейбір молекулалардың диполь моменті келтірілген.

Молекулалар

Диполь моменті (Дебай)

Молекулалар:

H ₂

HCl

CO ₂

H ₂ O

Диполь моменті (Дебай):

0, 4

1, 04

1, 84

Екі атомды молекулалардың диполь моменті ондағы байланыстың диполь моментімен анықталады. Мысалы, екі атомды сутек молекуласындағы байланыс полюссіз, оның диполь моменті нөлге тең. Ал сутек хлоридінде байланыс полюсті байланыс, оның диполь моменті 1, 04 Д, осыған орай HCl да полюсті молекула және оның диполь моменті байланыстың диполь моментіне тең. Көп атомнан тұратын молекулалардың диполь моменті молекуладағы жеке байланыстардың диполь моменттерінің геометриялық қосындысына тең. Мысалы: үш атомнан тұратын CO ₂ молекуласындағы жеке C - O байланыстарының диполь моментері 2, 7 Д, бірақ осыған қарамастан молекуланың диполь моменті, нөлге тең, сондықтан молекула полюссіз. Мұның себебеі 2 - суреттен көруге болады.

O=C =O

$\mu байл\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \mu$ байланыс

О С О

$\mu мол = 0\$ a)

2 - сурет. а) CO ₂ диполь моменті.

Диполь моменті - векторлық шама, ол оң полюстен теріс полюске қарай бағытталған. Мысалда C - O байланыстарының диполь моменттері көміртектен оттекке қарай бағытталған. CO ₂ молекуласы сызықтық молекула, ондағы C - O байланыстарының диполь моменттері шама жағынан біріне - бірі тең, бірақ, қарама - қарсы бағытталған. Қарама - қарсы бағытталған дипольдар бірін - бірі жойып, молекуланың диполь моменті нөлге тең болады, осының салдарынан молекула полюссіз. Енді үш атомнан тұратын, бірақ құрылысы бұрышты болып келетін су молекуласын қарастырамыз.

$\mu$ б $\mu$ =1, 51D

$\ \ \$

$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \mu$ мол

б) $\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \mu\$ мол. =1, 84D

2 - сурет. б) H ₂ O молекулаларының диполь моменті.

Су молекуласындағы Н - O байланыстарының диполь моменттері 1, 51 Д және бұл байланыстар бірімен -бірі 105 ^о бұрыш жасай орналасқан. Су молекуласының диполь моменті Н - O байланыстарының диполь моменттерінің геометриялық қосындысы сол вектордан құралған параллелограмманың диоганалына тең деген ереже бар. Енді осы ережеге сүйеніп су молекуласының диполь моментін есептесек ол 1, 84 дебайға тең болады. Көп атомды молекулалардың диполь моменті ондағы байланыстардың полюстігімен анықталады.

Лездік және индукцияланған дипольдар. Молекуладағы электрондар мен ядролар үздіксіз қозғалыста болады, осыған орай электрон тығыздығының таралуы да үздіксіз өзгеріп отырады. Мысалы, хлор полюссіз молекула, оның тұрақты диполь моменті нөлге тең. Бірақ, электрондар мен ядролар үздіксіз қозғалыста болғандықтан, кейбір уақыт моменттерінде хлор атомдарының бірінде электрон тығыздығы артып лездік диполь түзіледі:

${Cl}^{+ \delta}-$ ${Cl}^{\mathbf{-}\delta}\mathbf{\ }$ не болмаса ${Cl}^{+ \delta}-$ ${Cl}^{\mathbf{-}\delta}$ . Лездік дипольдар үздіксіз түзіліп, үздіксіз жойылып тұрады, сондықтан да хлордың тәжірибе жүзінде анықталған диполь моменті нөлге тең.

Сыртқы электр өрісінің әсерінен полюссіз молекула полюстенеді, ал полюсті молекулалардың полюстігі одан ары артады. Басқаша айтқанда, сыртқы электр өрісінің әсерінен молекулада диполь пайда болады; мұндай дипольдар индукцияланған дипольдар деп аталады. Индукцияланған диполь сыртқы электр өрісі болғанда ғана болады, сырттан әсер ететін электр өрісі жойылғанда индукцияланған диполь да жойылады.

Химиялық қосылыстардың кейбір қасиеттерін поляризация құбылысы арқылы түсіндіру.

Химиялық қосылыстардың қасиеттерін екі тұрғыдан түсіндіріуге болады. Бір түрі нейтрал атомдарды негізге алып, олардың қосылуын, поляризациясын тексеру арқылы химиялық қосылыстың шын мәнін түсіндіруге болады. Шынында да поляризация құбылысы арқылы химиялық қосылыстардың негізгі қасиеттерінің (балқу, еруі, диссоциациялануы, ыдырауы, тотығуы, тотықсыздануы, қышқылдылығы, негізділігі, гидролизі, түсі т. б. ) барлығын түсіндіруге болады. Поляризацияның қаншалықты маңызды құбылыс екендігін көрсету үшін химиялық қосылыстардың кейбір қасиеттеріне тоқтап, оларды иондардың поляризациясы тұрғысынан түсіндіреміз.

Қатты заттардың балқу температурасының жоғары не төмен болуы кристалдың ішіндегі иондардың біріне - бірінің тартылу күшіне тәуелді болады. Заттың балқуына иондардың поляризациясының әжептәуір ықпалы болады: мысалы, кристалдық құрылымы, катиондарының заряды бірдей және радиусы өте жақын NaCl (t _б 800 ^о ) мен AgCl (t _б 455 ^о ) алсақ, ол ықпал балқу температурасын төмендету жағына қарай екенін көреміз. Оның себебі күміс катионы 18 электронды, поляризациялағыштығы күшті катион болғандықтан, AgCl молекулалары едәуір деформацияланған, демек, оның балқуы да оңайырақ болады. Сонымен, химиялық қосылыстардың барлық сипаттамалары бірдей болған жағдайда, поляризациялағыш күші басым катионды қосылыстар оңайырақ балқиды. Кейде түссіз иондар бірін - бірі поляризациялау салдарынан түсті қосылыс түзеді. Мысалы, Hg ²⁺ , O ^2- , I ^- иондары түссіз, бірақ сынап (ІІ) иодиді HgI ₂ -қызыл түсті, сыңап (ІІ) оксиді HgО - қызыл сары түсті. Заттың түсті болуын көпшілік жағдайда катионның не анионның деуге болады. Мысалы, галоген тұздарын алсақ, фторидтар мен хлоридтарда көбірек иодиттарда жиі кездеседі. Осы сияқты оксидтерге қарағанда, түсті сульфидтер көп, гидроксидтерге қарағанда түсті оксидтер көп. Катионның поляризациялағыштығы күшейгеннен химиялық қосылыстар түс пайда болуы ІV период элементтерінің оксидтерінен анық көрінеді.

K ₂ O, CaO, ScO ₃ , TiO ₂ V ₂ O ₅ , CrO ₃ , Mn ₂ O ₇ (Fe ₃ O ₄ )

түссіз қара қоңыр қызыл қою жасыл қара

Бұл жазылған оксидтердің аниондары бірдей, катиондардың электрон құрылымы да бірдей /2/8/8/, бірақ катиондардың заряды өсуіде, онымен поляризациялағыштығы күшеюде, соған сәйкес оксидтерінің түсіде күшеюде.

Кейбір заттарды еріткенде, құрғақ күйде түссіз болса да, ерітіндісі түсті болып шығады. Мысалы, CuSO ₄ және CuF ₂ түссіз, ал ерітінділері көк түсті. Бұл арада түс пайда болуының себебі, поляризациялағыштығы күшті Cu ²⁺ катионының жақын айналасындағы, деформациялануы қиын SO ₄ және F ^- иондарының орнына деформациялануы оңай су молекулаларының келуі, осыдан барып, CuSO ₄ $\bullet$ 5H ₂ O көк түсті.

Поляризациялауды күшейтумен қыздырудың пара - пар екендігі айтылған, сондықтан түссіз затты қыздырсақ, ол түсті болуы мүмкін, шынында да ZnO түссіз зат, қыздырғанда сарғаяды; ал қалыпты жағдайда сары түсті күкірт өте суытылса (сұйық ауада) түсінен айырылып қалады.

Химиялық байланыс.

Атомдардың әрекеттесу нәтижесінде жай және күрделі заттар молекулаларында химиялық байланыс түзіледі. Атомдар әрекеттесуінде байланыс табиғаты әр түрлі болады. Олар ковалентті, ионды, валентті, донорлы - акцепторлы т. с. с. деп бөлінеді. Барлық байланыстарды бірыңғай химиялық байланыс тұрғысынан түсіндіруге болады. Бұл теория атомдар арасындағы күштерді, сол сияқты атомдар қалай молекуланы беретіндігін, түзілген күрделі бөлшектің тұрақтылық себептерін түсіндіру керек.

Жалпы алғанда химиялық байланыстар теориясының алдына қойылған шарттар мынадай:

- молекуланың параметрлерін (молекуланың геометриясы, байланыс энергиясы, күштер тұрақтысы, диполдік моменттер т. б. ) есептейтін әдістерді ұсыну;

молекуланың энергиялық деңгейлерін табу жолдарын ұсыну, молекуланың спектрлерін түсіндіру;
химиялық процестің жылдамдығын болжау, оның молекула құрылысына тәуелділігін түсіндіру.

Қазіргі химиялық байланыс теориясын молекула және кристалдар құрылысының теориясы деуге болады. Химиялық байланыс теориясы микробөлшектердің екі жақты табиғатын - яғни, әрі толқындық әрі корпускулды қасиеттерін ескереді.

Электролит суға еріп диссоциацияланғаннан түзілген катиондар мен аниондар көбейген сайын, олар ерітінді ішінде кездесіп, бірін - бірі тартып еріген заттың молекуласын қайта түзеді, демек электролиттік диссоциациялану дейтініміз қайтымды процесс, мысалы,

NaCl Na + Cl

Диссоциациялану

Молекулалану

Қайтымды процесс болғандықтан мұнда тепе- теңдік тууы керек. Тепе- теңдік туған жағдайда диссоциацияланбаған молекулалар және иондар саны тұрақты қалыпқа келеді; қорытып, айтқанда еріген заттың молекулалары түгел диссоциацияланбайды.

Еріген заттың молекулаларының қаншасы көрсететін шаманы диссоциация дәрежесі дейді, оны $\alpha$ деп белгілеп, диссоциацияланған молекулалар санының жалпы еріген молекулалар санына қатынасы арқылы көрсетуге болады.

$\alpha = \frac{диссоциацияланған\ молекулалар\ саны}{барлық\ еріген\ молекулалар\ саны\ }\ \ \$

Бұл қатынастар 100- ге көбейтсе, диссоциациялану дәрежесі процентпен көрсетіледі. Мысалы, ас тұзының еріген әрбір 100 молекуласының 84молекуласын диссоциацияланған болса,

$\alpha$ = 0, 84 $\bullet$ 100, не 84 %

Ерітінділердің диссоциациялану дәрежесін салыстыру үшін, олардың концентрациясы салыстыруға қолайлы болу керек, оған концентрациясы нормалдықпен өлшенетін ерітінділер алынады.

Кейбір тұз, қышқыл, негіздердің 0, 1 Н ерітінділерінің диссоциациялану дәрежелері (%)

Электролиттер

\alpha

Электролиттер

\alpha

Электролиттер:

Тұздар

K ⁺ A ^-

KCl

NH ₄ Cl

NaCl

AgNO ₃

NaCH ₃ COO

A ^-

K ⁺ +

A ^-

ZnCl ₂

K ⁺

A ^-

K ⁺

Na ₂ SO ₄

K ^{+ +} = A ^-

Zn SO ₄

Cu SO ₄

α\alpha:

Электролиттер:

Қышқылдар

HCl

HNO ₃

H ₂ SO ₄

H ₂ C ₂ O ₄

H ₃ PO ₄

H ₂ SO ₃

CH ₃ COOH

H ₂ CO ₃

H ₂ S

HCN

H ₃ BO ₃

Н е г і з д е р

Ba(OH) ₂

KOH

NaOH

NH ₄ OH

α\alpha:

8, 5

1, 3

0, 17

0, 07

0, 01

1, 3

Алынған жағдайда диссоциациялану дәрежесі 30 проценттен артық электролиттерді күшті, диссоциациялануы 30 - 3 % арасындағыларды орташа, 3 проценттен кемі әлсіз электролит деп аталынады. Күшті электролиттер суда түгелдей диссоциацияланады,

Біртіндеп диссоциациялану . Құрамында көп валентті иондар бар электролиттер - көп негізді қышқылдар, көп атомды негіздер - барлық иондарына бірден диссоциацияланбай, біртіндеп диссоциацияланады.

Көп негізді қышқылдарға, мысалы H ₃ PO _4, алдымен;

H ₃ PO ₄ $\leftrightarrow$ $H^{{^\circ}\ }$ + PO ₄ ^′

теңдігі бойынша диссоциацияланады, мұны диссоциацияланудың бірінші сатысы деп атайды. Диссоциацияланудың екінші сатысында H ₃ PO ₄ ^′ құрамындағы сутек ионының ажырауы:

H ₃ PO ₄ ^′ $\leftrightarrow$ $H^{{^\circ}\ }$ + НPO ₄ $''$

қиынырақ болады, өйткені оны екі заряды НPO ₄ $''$ ионы тартып тұр, сондықтан екінші сатысының диссоциациялану дәрежесі біріншісінікіден кем болады:

Диссоциацияланудың үшінші сатысы:

HPO ₄ ^″ $\leftrightarrow$ $H^{{^\circ}\ }$ + PO ₄ $'''$

Сутек ионы үш зарядты PO ₄ $'''$ ионын тартып тұрғандықтан, бұл сатыда іс жүзінде білінерліктей диссоциациялану дәрежесі төмен.

Көп атомды негіздерде, мысалы, Ba(OH) ₂ біртіндеп былай диссоциацияланады:

Ba(OH) ₂ ↔︎ BaOH ^• + ОН ^′

BaOH ^• ↔︎ Ba ^•• + ОН

Химиялық тепе -теңдік . Химиялық рекцияларды қайтымды және қайтымсыз деп бөлудің өзі де дәл емес. Химиялық реакцияларды жете тексеріп зерттегенде, қайтымсыз реакция деп жүрген реакциялардың көпшілігі қайтымды болып шығады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.