每个分子都有带正电荷的原子核和带负电荷的电子,由于正、负电荷的电量相等,所以整个分子是电中性的。我们设想,分子中的电荷分布像质量一样存在一个“中心”,电荷的分布都集中在这一点上,把这一点称作正电荷中心和负电荷中心,见图4-25。
分子的极性大小可以用分子的偶极矩来衡量。表4-11列出某些物质的偶极矩。偶极矩的数值越大,表示分子的极性越大,偶极矩为零的分子为非极性分子。
表4-11 一些物质的偶极矩(在气相中)
物质 | 偶极矩μ/C·m | 分子空间构型 |
H2 | 0 | 直线型 |
CO | 0.33×10-30 | 直线型 |
HF | 6.40×10-30 | 直线型 |
HCl | 3.62×10-30 | 直线型 |
HBr | 2.60×10-30 | 直线型 |
HI | 1.27×10-30 | 直线型 |
CO2 | 0 | 直线型 |
CS2 | 0 | 直线型 |
HCN | 9.64×10-30 | 直线型 |
H2S | 3.07×10-30 | V字形 |
H2O | 6.24×10-30 | V字形 |
SO2 | 5.34×10-30 | V字形 |
NH3 | 4.34×10-30 | 三角锥形 |
BCl3 | 0 | 平面三角形 |
CH4 | 0 | 正四面体 |
CCl4 | 0 | 正四面体 |
CHCl3 | 3.37×10-30 | 四面体 |
BF3 | 0 | 平面三角形 |
由表4-11可以看出,由同种元素组成的双原子分子,如H2、Cl2、N2、O2等分子的偶极矩为零,为非极性分子。像卤化氢(HF)这样由不同元素组成的双原子分子的极性强弱与分子中共价键的极性一致。对于多原子分子,分子的极性除取决于键的极性外,还与分子的空间构型是否对称有关。例如CO2、CS2分子中的共价键都有极性,但分子的空间结构对称,偶极矩为零,为非极性分子。H2O、NH3分子中H-O、H-N键键为极性键,分子的空间构型不对称,所以偶极矩不为零,为极性分子。
根据极性强弱,可将分子分为三种类型,见图4-26。
例4-9 判断NH3和BF3分子极性强弱。
解:NH3分子三角锥形,有一孤电子对,是强极性分子,而BF3中B原子sp2杂化,分子呈平面三角形,键矩矢量和为零,无极性,故极性NH3>BF3。