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化学 – 原子 – 离子 – 键

分子构型与分子极性

分子的极性不仅取决于键的极性,还取决于空间排列。 即使一个分子具有极性的键,如果其排列是成对的,它也可能是非极性的。

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意义与机制

该原子电子对排斥模型预测一种排列方式,即中心原子周围的电子密度倾向于相互远离。它需要考虑结合区域和非结合的电子对。

水分子由于其非共享电子对,呈现弯曲的形状,并且表现出一种持续存在的键极性,这种极性不会被抵消。二氧化碳在线性形式中是等轴对称的,从而导致两个键效应相互抵消。

关系与条件

分子偶极矩是各键偶极矩的矢量和。判断整体极性时,不能只将大小相加,还必须同时考虑方向和键角。

这个模型是一个对代表性分子形状的近似描述。 实际的键角和电子密度会根据原子类型和键的性质而变化。

观察实验中需要注意的事物

H₂O·NH₃ 具有极性,而 CO₂·CH₄ 不具有极性。 即使存在极性键,如果其对称,总和可能为 0。

这是一个 H₂O 104.5°,CO₂ 180°,NH₃ 107°,以及 CH₄ 约 109.47° 的固定理想结构。每个同一分子内的键极的大小设置为 1 个相对单位。这并非分子间的尺寸比较,也非戴玻量实际测量。它不计算新的稳定结构、电子密度或振动。箭头指向负电荷。键角是一个三维角度,而不是屏幕投影角度。

关键关系与符号

分子偶极 = 键偶极的矢量和

符号及公式中使用的单位
符号含义单位
μ电偶极矩C·m 或 D
θ键之间的角度°

工作实例

为什么 H₂O 极性,而 CO₂ 非极性?

分子的极性是由三维键极性的矢量和决定的。 即使改变观察角度,该分子的极性仍然保持不变。

常见误解

  • 仅仅因为一个分子表现出极性键,并不一定意味着整个分子也是极性的。

通过实验探索这个概念

参考文献

OpenStax · 化学 2e (英文)