Электрический момент диполя и направленность связи

Химическая связь характеризуется определенной пространственной направленностью.

Если двухатомные молекулы всегда линейны, то формы многоатомных молекул могут быть различными. Так, трехатомные молекулы типа АВ₂ бывают как линейными (СО₂, HgCl₂), так и угловыми (Н₂О, SO₂, H₂S). Пространственное строение может быть выявлено различными методами, например, исследование вращательных спектров молекул в дальней ИК- области, определение электрических моментов диполей и др.

Электрический момент диполя является мерой полярности молекулы. Между взаимодействующими атомами, которые различаются по электроотрицательности, возникают полярные связи. В результате смещения электронной плотности в сторону более электроотрицательного партнера происходит разделение «центров тяжести» положительного и отрицательного зарядов и возникает диполь, представляющий собой систему из двух равных и противоположных по знаку зарядов d⁺ и d‾, находящихся на определенном расстоянии l (длина диполя) друг от друга. Диполь выражают через электрический момент диполя m, который представляет собой произведение заряда d на длину диполя l: m = d × l.

Например, строение линейной молекулы СО₂, можно представить следующим образом:

Направление электрического момента диполя условно принимают от отрицательного к положительному полюсу диполя. Классическим примером диполя могут служить угловая молекула воды, в которой электрические моменты диполя каждой связи О – Н равны 5,2 × 10^-29 Кл × м, а электрический момент диполя молекулы воды в целом составляет 6,07 × 10^-29 Кл × м. Следовательно, электрические моменты диполя связей складываются геометрически и связи О – Н должны быть направлены под углом 105 ° друг к другу (рис. 1.3.). Таким образом, существование электрических моментов диполей в молекулах и их величина определяются пространственной направленностью химической связи.