쌍극자 모멘트는 분자에 배포하는 방법을 이질적으로 전하를 나타내는 화학적 속성입니다. Debye 단위, 3.33 · 10 -30 C · m으로 표시되며 일반적으로 값은 0 ~ 11 D입니다.
극성이 높은 화합물은 쌍극자 모멘트가 큰 경향이 있습니다. 무극성, 작은 쌍극자 모멘트. 분자의 전하가 더 극성 화 될수록 쌍극자 모멘트가 커집니다. 즉, 전자가 풍부한 영역 인 δ-와 전자가 부족한 영역 인 δ +가 있어야합니다.
2 색 지우개는 쌍극자 모멘트가 표시된 분자의 양극과 음극의 두 극과 유사합니다. 출처 : Pexels.
쌍극자 모멘트 μ는 벡터 양이므로 결합 각도와 일반적으로 분자 구조의 영향을받습니다.
분자가 선형이면 2 색 지우개와 비교할 수 있습니다. 음의 끝 δ-는 빨간색에 해당합니다. 양수 δ +는 파란색입니다. δ- 극에서 음전하의 크기가 증가하고이를 δ +에서 분리하는 거리가 증가함에 따라 쌍극자 모멘트가 증가합니다.
화학적으로 위와 같은 의미는 두 원자 사이의 전기 음성도 차이가 클수록 두 원자를 분리하는 거리가 길수록 쌍극자 모멘트가 커진다는 것을 의미합니다.
쌍극자 모멘트는 어떻게 계산됩니까?
두 원자 A와 B 사이의 공유 결합으로 간주됩니다.
AB
양전하와 음전하 사이의 거리는 이미 채권의 길이로 정의됩니다.
A δ + -B δ-
양성자와 전자는 같은 크기의 전하를 갖지만 부호가 반대 인 1.6 · 10 -19 C를 가지기 때문에 다음 방정식을 사용하여 A와 B 사이의 쌍극자 모멘트를 평가할 때 고려됩니다.
μ = δd
μ가 쌍극자 모멘트 인 경우 δ는 음의 부호가없는 전자의 전하이고 d는 미터로 표시되는 결합의 길이입니다. 예를 들어, d가 2Å (1 · 10 -10 m)의 쌍극자 모멘트 값을 갖는다 고 가정하면 μA-B는 다음과 같습니다.
μA-B = (1.6 10 -19 C) (2 10-10m )
= 3.2 10-29 cm
그러나이 값은 매우 작기 때문에 Debye 단위가 사용됩니다.
μ = (3.2 · 10 -29 C · m) · (1 D / 3.33 · 10 -30 C · m)
= 9.60D
이 μA-B 값은 결합 AB가 공유보다 더 이온 적이라고 가정 할 수 있습니다.
예
물
물 분자의 쌍극자 모멘트. 출처 : Gabriel Bolívar.
분자의 쌍극자 모멘트를 계산하려면 각 결합의 모든 쌍극자 모멘트를 결합 각도와 약간의 삼각법을 고려하여 벡터 방식으로 추가해야합니다. 이것은 처음에.
물은 공유 화합물에 대해 예상 할 수있는 가장 큰 쌍극자 모멘트 중 하나를 가지고 있습니다. 위 이미지에서 수소 원자는 양의 부분 전하 δ +를 갖고 산소는 음의 부분 전하 δ-를 운반합니다. OH 결합은 매우 극성 (1.5D)이며 H 2 O 분자에 두 개가 있습니다 .
일반적으로 최소 전기 음성 원자 (H)에서 가장 전기 음성 원자 (O)로 향하는 벡터가 그려집니다. 비록 그것들이 그려지지는 않았지만, 산소 원자에는 두 쌍의 공유되지 않은 전자가 있으며, 이는 음의 영역을 더욱 "집중"합니다.
H 2 O 의 각도 기하학으로 인해 쌍극자 모멘트가 산소 원자 방향으로 추가됩니다. 두 μO-H의 합은 3D (1.5 + 1.5)를 제공합니다. 그러나 그것은 그렇지 않습니다. 물의 쌍극자 모멘트는 1.85D의 실험 값을 갖습니다. HOH 결합 사이의 거의 105 ° 각도의 효과가 여기에 표시됩니다.
메탄올
메탄올 분자의 쌍극자 모멘트. 출처 : Gabriel Bolívar.
메탄올의 쌍극자 모멘트는 1.69D입니다. 물보다 적습니다. 따라서 원자 질량은 쌍극자 모멘트에 큰 영향을 미치지 않습니다. 그러나 그들의 원자 반경은 있습니다. 메탄올의 경우 HO 결합의 μ가 1.5D라고 말할 수 없습니다. 왜냐하면 분자 환경은 CH 3 OH와 H 2 O 에서 다릅니다 .
이것이 μO-H를 계산하기 위해 메탄올의 HO 결합 길이를 측정해야하는 이유입니다. 탄소와 산소의 전기 음성도 차이가 수소와 산소보다 작기 때문에 μO-H가 μC-O보다 크다고 말할 수 있습니다.
메탄올은 물 및 암모니아와 함께 찾을 수있는 가장 극성 용매 중 하나로 꼽 힙니다.
암모니아
암모니아 분자의 쌍극자 모멘트. 출처 : Gabriel Bolívar.
HN 결합은 극성이 매우 높기 때문에 질소는 전기 음성도가 높기 때문에 전자를 자기쪽으로 끌어 당깁니다 (상단 이미지). 이것에 더하여, 우리는 δ- 영역에 음전하를 기여하는 공유되지 않은 전자 쌍을 가지고 있습니다. 따라서 전하는 암모니아의 질소 원자에서 우세합니다.
암모니아의 쌍극자 모멘트는 1.42D로 메탄올보다 작습니다. 암모니아와 메탄올이 모두 지우개로 변환 될 수 있다면, 메탄올 지우개는 암모니아 지우개에 비해 더 명확한 극을 가지고 있음을 알 수 있습니다.
에탄올
에탄올, CH 3 CH 2 OH의 경우 쌍극자 모멘트는 메탄올의 모멘트에 매우 가깝지만 낮은 값을 갖는 경향이 있습니다. δ + 영역을 구성하는 탄소 원자가 더 많기 때문에 δ-를 나타내는 산소 원자는 "상대적 음의 강도"의 일부를 잃기 시작합니다.
이산화탄소
이산화탄소 분자의 쌍극자 모멘트. 출처 : Gabriel Bolívar.
이산화탄소는 각각의 쌍극자 모멘트 μO-C와 함께 두 개의 극성 결합 C = O를 가지고 있습니다. 그러나, 위와 같이 이미지를 볼 수 있고, CO의 선형 구조 2 탄소는 양의 부분 전하를 가지며, 산소로 부정적인 부분 전하를 가진 경우에도, vectorly 서로 상쇄하도록 두 μO-C시킨다.
이런 이유로, 이산화탄소는 μCO 2 값이 0D 이기 때문에 무극성 분자 입니다.
메탄
메탄 분자의 쌍극자 모멘트. 출처 : Gabriel Bolívar.
메탄과 이산화탄소는 모두 공통점을 공유합니다. 이들은 매우 대칭적인 분자입니다. 일반적으로 분자의 대칭성이 높을수록 쌍극자 모멘트가 작아집니다.
CH 4 분자를 보면 CH 결합은 극성이고 전자는 약간 더 전기 음성이므로 탄소 원자를 향합니다. 탄소는 매우 음의 δ- 영역이어야한다고 생각할 수 있습니다. 중앙이 진한 빨간색이고 끝이 푸르스름한 지우개처럼.
그러나, CH 나누어 4 반으로, 우리는 두 HCH 반쪽 왼쪽 하나는 H와 유사 오른쪽에 다른 구하는 것 2 O의 분자 . 따라서, 이들 두 μC-H를 첨가 기인하는 쌍극자 모멘트가 취소 할 나머지 절반. 따라서 μCH 4 의 값은 0D입니다.
참고 문헌
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