Вычисление длины диполя и дипольного момента молекулы

 Задача 254.
Дипольный момент молекулы HCN равен 2,9D. Вычислить длину диполя.
Решение:
Дипольный момент молекулы равен произведению абсолютного значения заряда электрона g (1,60 . 10-19 Кл) на 
расстояние l между центрами положительного и отрицательного зарядов в диполе:

диполь

Отсюда

диполь

Учитывая, что 1D = 3,33 . 10-30 Кл . м, находим длину диполя:

диполь

Ответ: 6,04 . 10-11 м.


Задача 255. 
Длина диполя молекулы фтороводорода равна 4 . 10-11 м. Вычислить ее дипольный момент в дебаях и в кулон-метрах.
Решение:
Дипольный момент молекулы равен произведению абсолютного значения заряда электрона g (1,60 . 10-19 Кл) на расстояние l  между центрами положительного и отрицательного зарядов в диполе:

диполь

Дипольный момент измеряют в дебаях (D), 1D = 3,33 . 10-30 Кл . м).

Находим дипольный момент молекулы в кулон-метрах:

диполь

Вычисляем дипольный момент молекулы в дебаях:

диполь

Ответ: 6,04 . 10-30 Кл . м  = 1,92D.


Задача 256. 
Дипольные моменты молекул Н2О и Н2S равны соответственно 1,84 и 0,94D. Вычислить длины диполей. В какой молекуле связь более полярна? Указать направления дипольных моментов связей в этих молекулах.
Решение:
Дипольный момент молекулы равен произведению абсолютного значения заряда электрона g (1,60 . 10-19 Кл) на расстояние l  между центрами положительного и отрицательного зарядов в диполе:

диполь

Дипольный момент измеряют в дебаях (D), 1D = 3,33 . 10-30Кл . м).

Вычислим длину связи молекулы Н2О:

диполь

Вычислим длину связи молекулы H2S:

диполь

Так как дипольный момент молекулы Н2О больше, чем молекулы H2S, то в молекуле Н2О связь более полярна. Учитывая, что атомы кислорода и серы более электроотрицательнее атома водорода, то дипольные моменты связей будут направлены от атома водорода соответственно к атому кислорода и серы (Н→ О, H →S).

Ответ: 0,038 и 0,020 нм.


Задача 257. 
Описать пространственное строение неполярной молекулы ВеСI2. Какие АО бериллия участвуют в образовании связей Ве—С1?
Решение:
В молекуле BeCl2 валентный электронный слой атома бериллия содержит две электронных пары:

диполь

Поэтому электронные облака атома бериллия будут максимально удалены друг от друга при sp-гибридизации, когда их оси совпадают и направлены противоположно друг к другу, что приводит к нулевому значению дипольного момента, молекула приобретает линейное строение:

диполь

При образовании молекулы BeCl2 в образовании связей Be—Cl участвуют две sp-гибридные АО бериллия.


Задача 258. 
Дипольный момент молекулы SO2 равен 1,бID, молекулы СО2 - нулю. Одинаковы ли валентные углы ОSО и ОСО? Ответ мотивировать.
Решение:
Дипольный момент – величина векторная, направленная от положительного конца диполя к отрицательному. Поэтому дипольный момент многоатомной молекулы следует рассматривать как некоторую сумму дипольных моментов связей; она зависит не только от полярности каждой связи, но и от взаимного расположения этих связей. 

В линейных молекулах типа АВ2, в нашем случае в молекуле СО2, дипольные моменты связей С=О направлены друг к другу и поэтому взаимно компенсируются, что и приводит к нулевому значению суммарного диполя молекулы. Поэтому углы ОСО равны 1800. Схема молекулы СО2 имеет вид:

диполь

Так как дипольный момент молекулы SO2 имеет значение больше нуля, то дипольные моменты связей S—O направлены друг к другу под углом, молекула имеет угловую структуру:

диполь

Взаимное расположение связей в молекуле SO2 угловое, т.е. молекула построена в форме треугольника. Поэтому валентные углы ОSО и ОСО не одинаковы.


Задача 259. 
Дипольный момент молекулы СS2 равен нулю. Каким типом гибридизации АО углерода описывается образование этой молекулы?
Решение:
Электронная конфигурация атома углерода 1s22s22. Электронное строение его валентных орбиталей в стационарном состоянии может быть представлено следующей схемой:

диполь

Электронное строение валентных орбиталей атома углерода в возбужденном состоянии представлено следующей схемой:

диполь

Четыре неспаренных электрона возбуждённого атома углерода могут участвовать в образовании четырёх ковалентных связей по обычному механизму с другими атомами химических элементов. Так как дипольный момент молекулы CS2 равен нулю, то молекула имеет линейное строение. В CS2 валентный электронный слой содержит четыре  пары электронов, по две пары с двух сторон атома углерода:

диполь

Поэтому в молекуле CS2 углерод находится в состоянии sp-гибридизации. Образовавшиеся равноценные sp-гибридные орбитали образуют одинарные сигма-связь - связи C—S, а два неспаренных р-облака, перекрываясь образуют пи-связь- связь с атомами серы. Поэтому в молекуле CS2 sp-гибридные облака ориентируются в противоположных направлениях, молекула имеет линейное строение. В линейных молекулах типа АВ2, в нашем случае в молекуле CS2, дипольные моменты связей С=S направлены друг к другу и поэтому взаимно компенсируются, что и приводит к нулевому значению суммарного диполя молекулы. Поэтому углы SСS равны 1800. Схема молекулы СS2 имеет вид:

S → C ← S


Задача 260. 
Дипольные моменты молекул ВF3 и NF3 равны соответственно О и 0,2D. Какими типами гибридизации AO бора и азота описывается образование этих молекул?
Решение:
а) В молекуле BF3 валентный электронный слой атома бора содержит три пары электронов:

диполь

Электронные облака атома бора будут максимально удалены друг от друга при sp2-гибридизации, когда оси  связей
B—F направлены друг к другу под углом 1200 (т.е. в направлениях к вершинам правильного треугольника), молекула будет иметь форму:

диполь

Такое расположение связей взаимно компенсирует их дипольные моменты, так что суммарное значение дипольного момента молекулы трифторида бора равно нулю.

б) В молекуле NF3 валентный электронный слой атома азота содержит четыре пары электронов:

диполь

Поэтому электронные облака атома азота будут максимально удалены друг от друга при sp3-гибридизации, когда оси  связей N—F будут направлены к вершинам тетраэдра (углы между этими направлениями составляют  109028’). При образовании молекулы NF3 атом азота расположен в центре тетраэдра, а атомы фтора расположены в трёх вершинах тетраэдра, к четвёртой вершине направлено электронное облако неподелённой пары электронов атома азота.            Образовавшаяся фигура – тригональная пирамида. Дипольный момент такой молекулы будет иметь значение больше нуля.