6.3.1分子的极性与偶极矩

1.分子的极性

Cl₂是非极性分子，原因在于组成分子的两个原子属于同一元素，即两个原子的电负性差为0，形成的共价键是非极性的。HCl分子是极性分子，原因在于组成分子的两个原子电负性不同，形成的共价键是极性的。那么，组成CO₂分子的C和O电负性不同，C-O键为极性键，为什么CO₂分子却是非极性分子？O₃分子由3个O原子组成，为什么由相同元素形成的O₃分子却是极性分子？

由Cl₂、HC1和CO₂分子的例子可知，极性分子肯定源于共价键的极性，而非极性分子中的共价键未必是非极性的。

显然，键的极性与成键两原子的电荷分布有关，分子是否有极性与分子中的电荷分布有关。正电荷重心和负电荷重心重合的分子为非极性分子，如H₂、Cl₂、CO₂、SO₃、BCl₃、CH₄、PF₅、SF₆；正电荷重心和负电荷重心不重合的分子为极性分子，如HCl、H₂O、SO₂、O₃、NH₃、CHCl₃、SF₄。

2.偶极矩

极性分子的极性大小可以用偶极矩，来度量。

u=d·q

式中，d为正电荷重心与负电荷重心的距离；q为正电荷重心和负电荷重心电荷的电量。偶极矩u的单位以“德拜”(D)表示，1D=3.3×10^-30 C·m(库仑·米)。

偶极矩是一种矢量，双原子分子的偶极矩即为共价键的键矩，而多原子分子的偶极矩是分子中各共价键键矩的矢量和。若具有极性键的分子的键矩互相抵消，即键矩的矢量和为0，则分子的正电荷重心和负电荷重心重合，如CO₂、SO₃、BCl₃等，分子为非极性的。O₃分子是极性分子，原因在于分子中端O与中心O周围的电子密度不同，使O-O键具有极性；O₃分子为非直线结构，两个O-O键的键矩不能相互抵消，分子的正电重心与负电重心不能重合。

孤电子对的存在和离域π键的形成有时也影响分子的偶极矩，如NH₃分子的偶极矩较大而NF₃分子的偶极矩较小。NH₃分子中，成键电子对靠近N原子一侧，N原子上的孤电子对与N-H成键电子对的偶极矩方向一致，使偶极矩增大；NF₃分子中，成键电子对靠近F原子一侧，N原子上的孤电子对与N-F成键电子对的偶极矩方向不一致，使偶极矩减小，如图6-36所示。

图6-36 孤电子对对分子偶极矩的影响

极性分子的正电荷重心和负电荷重心不重合，总是存在偶极矩的，故极性分子的偶极矩称为永久偶极，也称固有偶极。

非极性分子在外电场的作用下，正电荷重心和负电荷重心不再重合，产生偶极；同样，极性分子在外电场的作用下，偶极矩会增大。在外电场的作用下产生的偶极称为诱导偶极，用△_u表示，如图6-37所示。诱导偶极大小与外电场强度成正比，也与分子本身的变形性成正比。

图6-37 诱导偶极的产生

非极性分子和极性分子，由于运动、碰撞等原因造成的原子核和电子的相对位置瞬间变化，分子瞬间正负电荷重心不重合而产生偶极，称为瞬间偶极。分子的变形性越大，瞬间偶极越大。

文章来源：《无机化学核心教程（第二版）》

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