Условие задачи
Что называют электрическим моментом диполя? Какая из молекул HCl, HBr, HI имеет наибольший момент диполя? Почему?
Решение
Ниже привожу подробное решение задачи по физике (электричество) и химии, так как в ней рассматриваются понятия электрического диполя и распределения зарядов в молекулах.
1. Определение электрического диполя
Электрическим диполем называют систему двух равных по модулю, но противоположно заряженных точечных зарядов, разделённых расстоянием. Векторный электрический момент диполя определяется соотношением
p = q · l,
где p – вектор электрического диполя, q – величина одного из зарядов (при этом другой заряд равен –q), l – вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному. В случае распределённых зарядов этот момент можно получить интегрированием по объёму распределения зарядов.
2. Определение момента диполя в молекулах
В молекулах, состоящих из двух атомов, электрический момент диполя возникает в результате неравномерного распределения электронной плотности между атомами. Если один из атомов обладает большей электроотрицательностью, то пара электронов смещается в сторону этого атома, и между атомами возникает разница в заряде (частичные заряды ±δ).
Момент диполя для двухатомной молекулы можно записать как
p = δ · d,
где d – расстояние между центрами зарядов.
3. Сравнение молекул HCl, HBr, HI
Для сравнения молекул HCl, HBr и HI необходимо учесть их атомные параметры:
а) Расстояние между атомами (весомость связи) – с увеличением атомного радиуса галогена (Cl < Br < I) длина связи будет расти. б) Электроотрицательность – для атомов галогенов она убывает при переходе от Хлора к Йоду. Электроотрицательность атома Cl значительно выше, чем у Br и I. Электрический момент диполя определяется произведением частичного заряда δ и расстояния d. Несмотря на то, что длина связи в HBr и HI больше, чем в HCl, величина частичного заряда δ определяется разностью электроотрицательностей атомов водорода и галогена. Поскольку электроотрицательность Хлора самая высокая (средняя величина электроотрицательности примерно 3,16 по шкале Поллинга, тогда как для Br около 2,96, а для I примерно 2,66), разница электроотрицательностей между H (≈2,20) и Cl (≈3,16) оказывается максимальной. Таким образом, несмотря на то, что расстояние между атомами в HBr и HI может быть больше, величина переноса электронной плотности (и, соответственно, величина получаемых частичных зарядов) в HCl будет наибольшей, что приводит к большему значению электрического момента диполя. 4. Ответ на задачу Электрическим моментом диполя называют величину, равную произведению модуля одного из зарядов и расстояния между зарядами, то есть p = q · l. Среди молекул HCl, HBr и HI наибольший электрический момент диполя имеет молекула HCl, так как разница электроотрицательностей водорода и хлора максимальна, что обеспечивает большее разделение зарядов и, соответственно, больший дипольный момент.