(完整版)分子极性

分子极性

分子的极性取决于两个因素：一是分子中每一个键两端的原子的电负性的差异，差异越大的，键的极性越强；另一个因素就是每个键极性向量的向量和，其向量和不为零的分子就是极性分子。极性分子间有偶极－偶极作用力，非极性分子间则只有London dispersion forces（即瞬间偶极－感应偶极作用力），后者是所有分子间都有的作用力。而偶极－偶极作用力与London dispersion forces通称为范德华力。

氢键可视为极性分子的一个极端，因为H－F, H－O, H－N的键中，氢原子的唯一一个电子几乎被电负性极强的F、O和N拉走，所以氢原子上带有相当的正电荷，比如HF分子，其上的氢原子相当于带有+0.45电子电荷，而氟原子上带有－0.45电子电荷。这氢原子与旁边的另一个F, O, 或N原子就会有极强的作用力，即是氢键。当一个键两端的原子的电负性的差异大到非常大，则形成离子键。

“分子的极性相近，互溶的效果较佳”是极性分子间作用力的很好例子，不过溶解是溶质、溶剂分子间，溶质、溶质分子间，溶剂、溶剂分子间作用力的比较，可以扩大到其它的分子间作用力，如氢键、离子与极性分子间作用力。

其它相关作用力的例子，如表面张力, 粘度, 附着力等。极性分子间的作用力较非极性者为高，因此分子量相同的两化合物，极性高者沸点与熔点较高。分子的极性运用在溶解度上是最重要的，例如要从天然植物萃取天然物时，常由极性低的溶剂开始萃取，依次用极性越来越高的溶剂，在不同极性的萃取液中会得到不同的化合物。做再结晶时常用一可溶的溶剂搭配一不可溶的溶剂，当然也是靠着溶剂极性的差异。做管柱层析时，也常利用极性不同的溶剂来冲洗，达成分离的效果。

有些时候重要的并非整个分子的极性，而是区域性的极性，例如肥皂就是很好的例子，肥皂分子的一端是极性很高的，具有亲水性，另一端则是极性很低的，具有亲油性，因此造成了肥皂的清洁效果。实际上细胞膜也是由类似肥皂般的分子构成，细胞膜的内表面与外表面是极性端可与水亲和，内外表面之间则是排列着非极性的长链烷类，是憎水的，阻挡了水中的极性分子任意进出。按照细胞膜构成的原理，也可以人工方式制造出微胞(micell)，若将药物放在微胞中，在人体内可将药物慢慢的释放出来。在小分子内极性基团相互的作用力，也会控制分子的结构或称构型。

如何来衡量分子是否有极性？偶极矩是衡量分子极性大小的物理量。物理学中，把大小相等符号相反彼此相距为d的两个电荷（+q和－q）组成的体系称为偶极子，其电量与距离之积，就是偶极矩（μ）。μ=q•d。极性分子就是偶极子。因为，对分子中的正负电荷来说，可以设想它们分别集中于一点，叫做正电荷中心和负电荷中心，或者叫分子的极（正极或负极）。极性分子的偶极矩等于正负电荷中心间的距离乘以正电中心（或负电中心）上的电量。偶极矩是一个矢量，既有数量，又有方向，其方向是从正极到负极。因为电子的电量为1.6×10－19C。已知偶极矩的数值，可以求出偶极长度，即正负电荷中心之间的距离d，两个中心间的距离和分子的直径有相同的数量级，即10－10m。所以，偶极矩的大小数量级为10－30C•m。如H

2、CH4、CCl4，等分子的偶极矩为0，即它们都是非极性分子；NH3的偶极矩为4.9×10－30C•m不等于零，是极性分子，且偶极矩越大，分子极性越大。

键的极性与电负性的关系

在共价化合物中，由于不同元素的原子吸引电子的能力不同，共用电子对就必然或多或少地偏向于对它吸引力较大的那个原子，所以形成的键就具有不同程度的极性。两种元素的电负性相差越大，它们之间键的极性就越强，其中，电负性较大的原子为负极，电负性较小的原子为正极。例如，卤素中氟的电负性为4.0，氯为3.0，溴为2.8，碘为2.5，而氢的电负性为2.1。显然，卤化氢分子中键的极性强弱的顺序为HF﹥HCl﹥HBr﹥HI，其中前两种为强极性键，H—I为弱极性键，而H—Br则介于两者之间。卤素原子是负极，氢原子是正极。

那么电负性差值达到什么程度，极性键就转变为离子键呢？实际上，在离子键和共价键之间没有一条绝对分明和固定不变的界限。一般地，当两个原子电负性差值约为1.7时，单键的离子性和共价性各约为50%，所以当两个原子电负性差值大于1.7时，可认为它们形成的是离子键，该物质是离子型化合物；而当两个原子电负性差值小于1.7时，则形成的是共价键，该物质是共价化合物。

键极性与极性分子

1．共价键的种类

（1）非极性共价键

键结电子被两个相同原子核均等共享，如H2、Cl2及N2等

（2）极性共价键

相异原子结合，电子不均匀分布于二原子间，其电子对不均等共享，而略偏向于电负度较大的原子，使键的一端稍带δ+而另一端稍带δ－，如HCl、H2O等

2．偶极矩(μ—极性大小的量度)

定义：键的偶极矩称为键矩

键矩(μ)为分子内二原子间转移的部份电荷(δ)与键长(r)的相乘积

μ=δ×rδ：两原子间的移转移电荷；r：键长

3．极性分子与非极性分子

（1）分子的偶极矩：分子中各部份键矩之向量和

若μ=0 非极性分子；μ≠0 极性分子

如：CO2、H2O，分子极性取决于分子偶极矩的大小

（2）双原子分子的分子极性取决于键的偶极矩（键矩）的大小而定，而偶极矩的大小又和键两端原子之电负性差有关：电负性差愈大，键的偶极矩愈大。故分子极性：

HF>HCl>HBr>HI

（3）多原子分子之极性与分子内各键矩向量和大小而定，故多原子分子之极性取决于分子的几何形状

①对称型分子μ=0必为非极性分子

AX2，直线形，如：BeF2

AX3，平面三角形，如：BF3

AX4，正四面体，如：CH4

AX5，双三角锥，如：PCl5

AX6，八面体，如 SF6

②非对称型分子及对称型分子但周围原子不同

μ≠0故为极性分子，如：H2O、NH3、CH3Cl、BF2Cl、 CH2Cl2

（4）分子极性大小之比较

①键结原子电负度差愈大，分子极性愈大。如：HF>HCl

②键矩的方向及各键的夹角：键角愈小，键矩的向量和愈大，偶极矩愈大，故分子极性愈大。

③未共享电子对的影响：未共享电子对失去倾向大者，分子偶极矩增大，极性愈大。如：NH3>NF3。极性分子必具有极性共价键，具有极性共价键的分子不一定为极性分子。

分子极性及其判断规律

一、分类：按照分子的极性，可把分子分为两类。

、、

1. 非极性分子：正负电荷重心重合，分子对外不显示电负性的分子。例如：H O

22、、、、、、、等。

N Cl Br CO CS CH CCl BF

22222443

、、

2. 极性分子：正负电荷重心不重合，分子对外显示电负性的分子。例如H O NH

23 HCl、H2O2等。

二、掌握常见分子极性及其空间构型：常见分子极性及其空间构型可用下表表示。