Молекуланың электрлік қасиеті

Қарастырылатын сұрақтар:

Классикалық теория және квантты механикадағы электрлік дипольды шақ. Полярлы және полярсыз заттар. Дипольдік шақ және молекула симметриясы.

Сыртқы және электрлік өрісте молекуланың деформациясы. Индукциялық шақ және молекуланың полюстенуі. Полюстенудің анизотропиясы, орташа полюстенуі. Полюстенудің эллипсоиді молекулалық симметриясы.

Ланжеван-Дебай теңдеуі, Клаузиус-Моссотти теңдеуі. Молярлы рефракция, Лоренц теңдеуі. Молярлы рефракцияның заңдылықтары.

Кванттық механика, толқындық механика – микробөлшектердің (элементар бөлшектердің, атомдардың, молекулалардың, атом ядроларының) және олардың жүйелерінің (мысалы, кристаллдардың) қозғалу заңдылықтарын анықтайтын, сондай-ақ, бөлшектер мен жүйелерді сипаттайтын физикалық шамаларды макроскопиялық тәжірибеде тікелей өлшенетін шамалармен байланыстыратын теория.

Кванттық механиканы – кванттық теориясында, кванттық химияда, кванттық статистикада, т.б. қолданылады. Ол екі тармаққа бөлінеді: бейрелятивистік (жарық жылдамдығымен салыстырғанда төмен жылдамдықтағы с) және релятивистік (жарық жылдамдығымен салыстыруға болатын жоғары жылдамдықтағы с).

Бейрелятивистік кванттық механика– толық аяқталған, қайшылықтары жоқ, өз саласында кез келген есептерді шешуге мүмкіндігі бар теория. Керісінше, релятивистік кванттық механиканы мұндай теория қатарына жатқызуға болмайды. Классикалық механика кванттық механиканың жуықталған дербес түрі болып саналады. Түсініксіз эффектілер жиі кездеседі, салыстырмалылық теориясының кабілеттілігі жойылады.

Электрлік қасиеттері бойынша денелер өткізгіштер және диэлектриктер болып бөлінеді.

Диэлектриктер деп электр тогын өткізбейтін заттарды айтады. Диэлектриктерге мысалы, ауа және шыны, эбонит, құрғақ ағаш және қағаз жатады.

Классикалық тұрғыдан қарағанда диэлектриктер өткізгіштерден электр өрісі әсерінен реттелген қозғалыс жасап, электр тогын тудыратын еркін зарядтардың болмауымен ерекшеленеді. Электр өрісіндегі диэлектрикте зарядтар бөлінбейді, яғни онда еркін зарядтар жоқ, атомдарындағы электрондар ядроларымен қатты байланысқан. Бұл байланысты бұзу үшін күшті сыртқы факторлар қажет.

Электрлік диполь – әр аттас екі нүктелік зарядтан тұратын электр жағынан нейтралды жүйе.

Диэлектриктердің молекулалары электр жағынан нейтралды, ол қорытқы заряды нөлге тең жүйе сияқты. Осыған қарамастан молекулалардың электрлік қасиеті бар және ол молекулаларды электрлік диполь ретінде қарастыруға болады.

Диэлектриктер үш топқа бөлінеді: полярлы, полярлы емес және кристалды.

Дипольдық шақ – электр зарядтарының таңбалары қарама – қарсы бір – бірінен белгілі қашықтықта орналасқан мәні әртүрлі екі жүйе. Диполь моменті электрон зарядына химиялық байланыс ретінің ұзындығының көбейтіндісімен анықталады.

Оптикалық активтілік заттың жарық поляризация жазықтығының белгілі кеңістікте айналуға қабілетті.

«Молекуланың полюстігі» мен «байланыстың полюстігі» түсінігін ажырата білу қажет. НСl мысалында көрсетілгендей екі атомды молекула үшін бұл түсініктер сәйкес келеді. Мұндай молекулаларда электртерістік айырымы неғұрлым үлкен болса, диполь моменті соғұрлым үлкен болады.

Көпатомды молекулаларда атомдар арасындағы байланыс полюсті, ал кеңістіктік құрылысына байланысты молекулалар полюсті әрі полюссіз болуы мүмкін. Көпатомды молекулалардың диполь моменті полюсті байланыстың санымен және олардың бағыттылығымен анықталады. Ол жеке байланыстардың диполь моменттерінің векторлық қосындысына тең. Мысалы, С=О байланыста µ=2,7 D-ге тең, ал СО₂ молекуласында 0-ге тең. Бұл СО₂ сызықты молекулада µ-байланыстың векторы орталықтан радиалды бағытталған, сондықтан µ нәтижесі нөлге тең болуымен түсіндіріледі. Бұрышты су молекуласында Н₂О екі байланыстың µ векторлық қосындысы параллелограмның диагоналімен өрнектеледі және ол 1,84D-ге тең Егер молекуладағы әр түрлі диполь моменттері бар векторлардың геометриялық қосындысы нөлге тең болмаса, онда ол полюсті.

Диполь моментінің шамасымен заттың реакцияласу қабілеті байланысты болады. Молекуланың µ неғұрлым көп болса, оның әрекеттесу қабілеті соғұрлым жоғары болады. Диполь моменті мен заттың ерігіштігі де байланысты. Сұйықтардың полюсті молекулалары оларда еріген электролиттердің электролиттік диссоциациялануын қамтамасыз етеді.

Кристалл денелердің басты қасиеті - анизотропия. Кристалл денедерде ойша эртүрлі бағыт жүргізейік. Осы эртүрлі бағыттағы белгілі бір физикалық шаманың (мысалы, электр өткізгіштік) әртүрлі болуы анизотропия деп аталады. Басқаша айтқанда, кристалл ішіндегі бағытқа байланысты физикалық шама (электр өткізгіштік, жылу өткізгіштік, сәуле өткізгіштік) қасиетінің өзгеруі.

Поляризация – атомдардың ядролары мен зарядтарының, молекулалардың немесе иондардың бір-біріне қатысты сыртқы электр өрісі әсерінен ығысуы олардың дипольдік мезетінінің өсуіне – деформациялық поляризацияға әкеледі. (Егер молекла полярлы емес болса, μ=0)

а_D- деформациялық полярлық коэффициені.

а_D =α_эл+α_ат

Электронды поляризациялану α_эл электрондардың ығысуына тәуелді. Атомды поляризациялану α_ат  атомдық немесе ядролардың ығысуына тәуелді. Молекуланың (атомның) сыртқы электрондары ядродан неғұрлым алыс қашықта болса, электронды поляризациялануα_эл соғұрлым жоғары. Электрондармен салыстырғанда ауыр атомдық ядролардың ығысуы үлкен емес және α_ат α_эл-ң 10-15 %-ін құрайды. Сондықтан α_α= α_эл

Полярлы молекулалар μ≠0 өріс әсерімен потенциалдық энергиясы min сәйкес болатын тұрақты жағдайда болатындай өрістің күштік сызығынан алыс орналасады – бағытталған (ориентатциялық)поляризациялану

α_ор= ,

яғни Т жоғары болғанда α_ор  төмендейді, ал молекула полярлығы µ жоғары болған сайын α_ор жоғары болады. Егер молекула электрлік өрісте орналасса, онда молекуланың ядролық конфигурациясы және ядро маңындағы (-) зарядтардың кеңістікте таралуы өзгереді.

Молярлы рефракция

Ланжевен-Дебай теңдеуі полярлы емес молекулалар үшін бу молекуласының молі үшін:

P_M= * (1) = N_A*a    (1)

Спектрдің көрінетін және жақын УК аймақта ε қарағанда сыну көрсеткіші n өлшеу оңай болғандықтан ε=n² теңдеуге негезделіп, (1) теңдеуде Р_м үшін ε орнына n² енгізуге болады.

(2) теңдеуде поляризацияны n² деп белгілеп, мольдік рефракция деп атайды.

P_M=R_{m (тәжр)} = * = N_A*a (2)

Рефракцияны есептеудің аддитивтік схемасы.

Рефракция – молекулалық электронды бұлттың полярлық өлшемі. Соңғысы атомды бұлттарынан құралады. Сондықтан, егер жеке атом немесе иондарға рефракцияның белгілі мәнін жазсақ, онда молекула рефракциясы атомдар немесе иондар рефракциясының қосындысына тең болады.

R_теор=ΣnR_i(4)

n – молекуладағы байланыстар саны

R_i – рефракцияның порциалды эффектілері.

Осы теңдеу мольдік реферакцияның аддитивтілік ережесін көрсетеді. Жарықта тек байланыс түзетін валентті электрондар полярланатындықтан R[м³/кмоль] байланыстар рефракциясының қосындысы ретінде рефракцияны есептеу әдісі болады.

Аддитивтілік ережесі молекуланың құрылысын анықтау үшін қолданылады: R_теор –ты тәжірибе берілгенінен R_тәжр салыстырады.

Заттың бір молінің молекулалар көлем қосындысы молярлық рефракцияға тең. Көлем аддитивтілік қасиеттерге ие болады, яғни жалпы көлемоны құрайтын бөлшектердің барлық көлемдерінің қосындысына тең (II, III байланыс, сондай-ақ кернеулі циклдар)

R_n=ΣmR_ат+ΣmR_ц + Σ mR_байл

m – байланыс, цикл, атомдар саны.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?