结构化学第四节2
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4.4 分子的偶极矩和极化率 （dipole moments and polarizability）
什么是偶极矩?
偶极矩是表示分子中电子分布的物理量。分子由带正电的原子核 和带负电的电子组成，对于中性分子，正负电荷相等，整个分子是电 中性的，但正负电荷的中心可以重合，也可以不重合。正负电荷不重 合的分子称为极性分子，它有偶极矩。
3 0 R
NA
3 0
N
n2 1 n2 2
M d
离子对分子的极化效应：
4.5 分子的手性和旋光性（chirality ( or handedness )）
具有旋光性的分子，其特点是分子本身和它的镜像只有对 映关系而不完全相同，是等同而非全同的图形。
所谓等同，是指这个图形的每一点在对映图形中必可找到一个 相当点，这个图形中任意两点间的距离等于对映图形中两个相 当点间的距离；所谓非全同，是指不能通过平移或转动等第一 类对称操作使两个图形叠合。
因为光的频率很高，分子定向变化跟不上高频光的电场的变
化，而原子极化只占诱导极化中很少的一部分，可以忽略。摩尔
折射度和极化率成正比，按Lorenz-Lorentz(劳伦斯—劳伦兹)方
程，可得
R
n2 1 M n2 2 d
NA 3 0
NA为Avogadro常数，ε0为真空的介电常数。由此式可得
一对等同而非全同的分子，构成一对对映体，称为旋光 异构体，如同人的左右手一样。这种没有第二类对称元素的 分子称为手性分子。两种对映的手性分子常用记号R和S或D 和L来区分。
手性分子的一些特征
1.含有不对称碳原子（或氮原子）的化合物
2.螺旋形分子 一切螺旋形结构的分子，不论有无不对称碳原子都是手性
分子，没有例外，例如α-螺旋体，六螺烯等。
3.丙二烯型和联苯型化合物，以及受空间阻碍效应影响而变形 的分子
4.风扇型分子 一些螯合物，螯合配位体象风扇排布。
偶极矩的大小：
若有电量为一个元电荷（1.60221019 C）的正负电荷
相距10-10m，则其偶极矩为
1.6022 10 29 C • m
在cgs制中，上述情况下 4.810 18 cm • esu 4.8D
。这里D称Debye（德拜），是分子偶极矩的一种单位。
1D 3.3361030C • m
比如上页的例子种HCl分子的偶极矩为1.82D。
4.4.1 分子的偶极矩和分子的结构（Molecule dipole moments and the structure of molecule）
我们要想研究分子的偶极矩必须先研究构成分子的化学键 的偶极矩。
键的偶极矩(bond dipole moments)：
诱 E
E为物体内部分子直接感受到的电场强度；α称为分子的极化率，其因 次为
J 1 • C 2 • m2
极化率α和摩尔折射度（molar refractivity）R有关。 在光的电磁场作用下，测定物质的折光率（n），可求得摩 尔折射度。
n2 1M R n2 2d
式中M为摩尔质量，d为物质的密度，R主要反映电子极化率。
偶极矩的物理意义： 它是个矢量，这里我们规定其方向是由正电荷中心指向负电荷中
心，偶极矩μ是正负电荷中心间的距离r与电荷量q的乘积，即：
qr
偶极矩的单位为库仑米（C • m）。
偶极矩产生的原因：
由于构成分子或化学键的原子的电负性差异，它们对于电子 云的吸引能力不同。因此它们的正负电荷中心就会不重合，从而 产生偶极矩。比如在HCl分子中，由于氯原子的电负性比氢原子 强，因此电子云向氯原子附近靠近，这样氯原子就带由少量的负 电荷，然而由于HCl分子是电中性的，那么氢原子就带有少量的 正电荷。这样HCl分子的正负电荷中心就不重合了，产生了偶极 矩。
∠HOH=104.5°
如果认为H2O分子的偶极矩为两个H—O键键矩的矢量和，则
2H O • cos 104 .5 / 2 6.17 10 30C • m
分子对称性和偶极矩的关系： 分子有无偶极矩与分子的对称性有密切关系，可根据分子
的对称性为分子有无偶极矩做出简单而明确的判据：
才具只有有偶属极于矩。Cn和Cnv n 1,2,3,, 这两类点群的分子
若干化学键的键矩
分子的偶极矩
分子的偶极矩由分子中全部原子和性质以及它们的相对位 置决定。若不考虑键的相互影响，并认为每个键可以贡献它自 己的偶极矩，则分子的偶极矩可近似地由键的偶极矩（键矩） 按矢量加和而得。
Example：
例如，H2O分子中的H—O键的键矩通过查表4.4.2为
H O 5.04 10 30 C • mBiblioteka Baidu
只要成键的两个原子是不同的，它们在电负性上就有差别。它们对 于成键的电子的吸引能力就有差别。这样就会导致电子云向一边移动， 这样正负电荷中心就不重合，从而产生偶极矩。产生的键偶极矩大小主 要是由成键的两个原子的电负性差决定。
由于Cl原子的电负性比C大，这样在Cl原子周围就有多余 的负电荷（σ-），C原子周围就有多余的正电荷（ σ+），因 此C—Cl键具有极性。这个键被称为极性共价键。
分子的偶极矩和分子结构关系的应用举例：
4.4.2 分子的诱导偶极矩和极化率（Induced dipole moments and induced polarizability）
前面讲的是永久偶极矩，它是分子本身固有的性质，与是 否由外加电场无关。当没有外电场时，由于热运动，分子取向 机遇，大量分子的平均偶极矩为0。
特殊情况：
C1v C1h Cs , Cs 点群也包括在 Cnv 之中。
而其他点群的分子偶极矩为0。
上述判据的物理基础是由于偶极矩是分子的静态性质，这种 静态性质的特点是它在分子所属的点群的每一个对称操作下，其 大小和方向必须保持不变。因此，偶极矩矢量必须坐落在每一对 称元素上。由此可见，具有对称中心的分子不可能由偶极矩，因 为处在点上的矢量其大小为0。
在电场中，分子产生诱导极化，它包括两部分（i）电子极 化，由电子与核产生的相对位移引起。（ii）原子极化，由原子 核间产生相对位移，即键长键角改变引起。
定义： 诱导极化——又称变形极化，对于极性分子还有定向极化，它是 由于在电场中永久偶极矩转到与电场方向反平行的趋势，出现择 优取向所引起。诱导极化产生诱导偶极矩（μ诱），即
什么是偶极矩?
偶极矩是表示分子中电子分布的物理量。分子由带正电的原子核 和带负电的电子组成，对于中性分子，正负电荷相等，整个分子是电 中性的，但正负电荷的中心可以重合，也可以不重合。正负电荷不重 合的分子称为极性分子，它有偶极矩。
3 0 R
NA
3 0
N
n2 1 n2 2
M d
离子对分子的极化效应：
4.5 分子的手性和旋光性（chirality ( or handedness )）
具有旋光性的分子，其特点是分子本身和它的镜像只有对 映关系而不完全相同，是等同而非全同的图形。
所谓等同，是指这个图形的每一点在对映图形中必可找到一个 相当点，这个图形中任意两点间的距离等于对映图形中两个相 当点间的距离；所谓非全同，是指不能通过平移或转动等第一 类对称操作使两个图形叠合。
因为光的频率很高，分子定向变化跟不上高频光的电场的变
化，而原子极化只占诱导极化中很少的一部分，可以忽略。摩尔
折射度和极化率成正比，按Lorenz-Lorentz(劳伦斯—劳伦兹)方
程，可得
R
n2 1 M n2 2 d
NA 3 0
NA为Avogadro常数，ε0为真空的介电常数。由此式可得
一对等同而非全同的分子，构成一对对映体，称为旋光 异构体，如同人的左右手一样。这种没有第二类对称元素的 分子称为手性分子。两种对映的手性分子常用记号R和S或D 和L来区分。
手性分子的一些特征
1.含有不对称碳原子（或氮原子）的化合物
2.螺旋形分子 一切螺旋形结构的分子，不论有无不对称碳原子都是手性
分子，没有例外，例如α-螺旋体，六螺烯等。
3.丙二烯型和联苯型化合物，以及受空间阻碍效应影响而变形 的分子
4.风扇型分子 一些螯合物，螯合配位体象风扇排布。
偶极矩的大小：
若有电量为一个元电荷（1.60221019 C）的正负电荷
相距10-10m，则其偶极矩为
1.6022 10 29 C • m
在cgs制中，上述情况下 4.810 18 cm • esu 4.8D
。这里D称Debye（德拜），是分子偶极矩的一种单位。
1D 3.3361030C • m
比如上页的例子种HCl分子的偶极矩为1.82D。
4.4.1 分子的偶极矩和分子的结构（Molecule dipole moments and the structure of molecule）
我们要想研究分子的偶极矩必须先研究构成分子的化学键 的偶极矩。
键的偶极矩(bond dipole moments)：
诱 E
E为物体内部分子直接感受到的电场强度；α称为分子的极化率，其因 次为
J 1 • C 2 • m2
极化率α和摩尔折射度（molar refractivity）R有关。 在光的电磁场作用下，测定物质的折光率（n），可求得摩 尔折射度。
n2 1M R n2 2d
式中M为摩尔质量，d为物质的密度，R主要反映电子极化率。
偶极矩的物理意义： 它是个矢量，这里我们规定其方向是由正电荷中心指向负电荷中
心，偶极矩μ是正负电荷中心间的距离r与电荷量q的乘积，即：
qr
偶极矩的单位为库仑米（C • m）。
偶极矩产生的原因：
由于构成分子或化学键的原子的电负性差异，它们对于电子 云的吸引能力不同。因此它们的正负电荷中心就会不重合，从而 产生偶极矩。比如在HCl分子中，由于氯原子的电负性比氢原子 强，因此电子云向氯原子附近靠近，这样氯原子就带由少量的负 电荷，然而由于HCl分子是电中性的，那么氢原子就带有少量的 正电荷。这样HCl分子的正负电荷中心就不重合了，产生了偶极 矩。
∠HOH=104.5°
如果认为H2O分子的偶极矩为两个H—O键键矩的矢量和，则
2H O • cos 104 .5 / 2 6.17 10 30C • m
分子对称性和偶极矩的关系： 分子有无偶极矩与分子的对称性有密切关系，可根据分子
的对称性为分子有无偶极矩做出简单而明确的判据：
才具只有有偶属极于矩。Cn和Cnv n 1,2,3,, 这两类点群的分子
若干化学键的键矩
分子的偶极矩
分子的偶极矩由分子中全部原子和性质以及它们的相对位 置决定。若不考虑键的相互影响，并认为每个键可以贡献它自 己的偶极矩，则分子的偶极矩可近似地由键的偶极矩（键矩） 按矢量加和而得。
Example：
例如，H2O分子中的H—O键的键矩通过查表4.4.2为
H O 5.04 10 30 C • mBiblioteka Baidu
只要成键的两个原子是不同的，它们在电负性上就有差别。它们对 于成键的电子的吸引能力就有差别。这样就会导致电子云向一边移动， 这样正负电荷中心就不重合，从而产生偶极矩。产生的键偶极矩大小主 要是由成键的两个原子的电负性差决定。
由于Cl原子的电负性比C大，这样在Cl原子周围就有多余 的负电荷（σ-），C原子周围就有多余的正电荷（ σ+），因 此C—Cl键具有极性。这个键被称为极性共价键。
分子的偶极矩和分子结构关系的应用举例：
4.4.2 分子的诱导偶极矩和极化率（Induced dipole moments and induced polarizability）
前面讲的是永久偶极矩，它是分子本身固有的性质，与是 否由外加电场无关。当没有外电场时，由于热运动，分子取向 机遇，大量分子的平均偶极矩为0。
特殊情况：
C1v C1h Cs , Cs 点群也包括在 Cnv 之中。
而其他点群的分子偶极矩为0。
上述判据的物理基础是由于偶极矩是分子的静态性质，这种 静态性质的特点是它在分子所属的点群的每一个对称操作下，其 大小和方向必须保持不变。因此，偶极矩矢量必须坐落在每一对 称元素上。由此可见，具有对称中心的分子不可能由偶极矩，因 为处在点上的矢量其大小为0。
在电场中，分子产生诱导极化，它包括两部分（i）电子极 化，由电子与核产生的相对位移引起。（ii）原子极化，由原子 核间产生相对位移，即键长键角改变引起。
定义： 诱导极化——又称变形极化，对于极性分子还有定向极化，它是 由于在电场中永久偶极矩转到与电场方向反平行的趋势，出现择 优取向所引起。诱导极化产生诱导偶极矩（μ诱），即