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查兌克-發現中子

極性共價鍵和分子的極性

一、極性共價鍵

  1. 非極性共價鍵:
    當兩個原子對於鍵結電子對具有相同的吸引力(電負度相同),此種均等共用鍵結電子對的共價鍵稱為非極性共價鍵
    【註】通常出現在二個相同原子結合時,如:H2、O2、Cl2
  2. 極性共價鍵:
    兩個原子之電負度不同,無法均等共用鍵結電子對,造成電子分布不均時,所形成的共價鍵為極性共價鍵
    例:H–F。
    【註】電負度較大的原子帶部分負電荷(以 δ 表示),電負度較小者帶部分正電荷(以 δ+ 表示)。

二、鍵偶極

  1. 定義:共價鍵中兩原子電荷的分佈極化(鍵偶極)
  2. 表示法:由正電荷指向負電荷(即由電負度小的原子指向電負度大的原子),以 → 表示;箭頭尾端常畫「+」以示正端
  3. 大小:
    1. 鍵偶極大小與「移轉電荷量 × 原子間距離」的乘積成正比;單位為德拜 Debye(D)。
    2. 因此:兩鍵結原子電負度差愈大(移轉電荷愈大),鍵偶極愈大
      例:H–F(1.91 D) > H–Cl(1.08 D) > H–Br(0.79 D) > H–I(0.38 D)。

三、分子極性

  1. 偶極矩:分子各鍵偶極的向量和稱為分子偶極矩,以符號 μ 表示。
  2. 非極性分子與極性分子:
    1. 非極性分子:分子內各鍵偶極可互相抵消,故 μ = 0,電子雲分布均勻。例:CO2、BF3
    2. 極性分子:各鍵偶極無法完全抵消,μ ≠ 0,電子雲分布不均勻。例:H2O、NH3

四、極性分子與非極性分子的判斷法

  1. 雙原子分子:兩原子間只有一條共價鍵,由共價鍵的種類(極性或非極性共價鍵)即可判斷分子極性。
    物質種類元素分子分子化合物
    共價鍵種類非極性共價鍵(兩個相同原子)極性共價鍵(兩個不同原子)
    分子極性非極性分子極性分子
    H2、Cl2、O2、N2HCl、CO
  2. 單中心分子:由分子形狀判斷(關鍵:是否對稱)
    1. 幾何形狀對稱的分子(周圍原子相同、中心原子上孤對電子):
      各鍵偶極可互相抵消 ⇒ 非極性分子
      例:BeF2(直線形)、BF3(平面三角形)、CCl4(四面體形)。
    2. 幾何形狀不對稱周圍原子相同,但中心原子上孤對電子)(:
      各鍵偶極不能互相抵消 ⇒ 極性分子
      例:SO2(彎曲形)、H2S(彎曲形)、NH3(三角錐形)。
    3. 幾何形狀不對稱(周圍原子不同)
      各鍵偶極不能互相抵消 ⇒ 極性分子。
      例:CHCl3、CH2Cl2(皆四面體形,μ ≠ 0)。

五、分子極性判斷流程(文字版)

  • 雙中心分子 → 一般視為非極性分子(如烴類:C–C、C=C、C≡C 主體)。
  • 單中心分子
    1. 周圍原子相同、中心原子無孤對電子 → 形狀對稱 → 非極性(BeF2、BF3、CCl4)。
    2. 周圍原子相同、中心原子有孤對電子 → 形狀不對稱 → 極性(SO2、H2S、NH3)。
    3. 周圍原子不同 → 形狀不對稱 → 極性(CHCl3、CH2Cl2)。

六、電場對極性分子的影響

  1. 極性分子在電場作用下,取向會趨於一致:正極吸引帶部分負電的一端(δ),負極吸引帶部分正電的一端(δ+)。
  2. 此為液晶顯示器運作的基本原理之一。

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