4-5  分子的极性

记得我们在第一章“化学实验的基本方法”中曾经研究过如何根据物质溶解性的不同来分离物质。当时试验过碘、水、四氯化碳、乙醇等物质的相互溶解情况，见下表。http://s15/mw690/002yhcyJgy6ODKtON8q0e&690 分子的极性" TITLE="4-5  分子的极性" />

从中看出，物质也是有脾气的，I₂和CCl₄是“一伙”的，而H₂O显然是另 “一伙”的。至于C₂H₅OH，有些让人迷惑，好象和“两伙”都可以很好。这是宏观上的溶解性，这背后一定会隐藏着微观上的原因，这个原因很大程度上在于分子的极性。

相同名称的概念，一般含义要相同，即使它出现在不同场合。“极性”这个词是刚刚在共价键部分学习过的。请按下列顺序思考：

1、共价键的极性如何定义？

极性键：正负电荷重心重合的共价键，如H-H，Cl-Cl等，两原子电负性相同。

非极性键：正负电荷重心不能重合的共价键，如H- Cl， C-O，C-H等，两原子电负性不同。

2、正负电荷重心指什么？

正电荷重心：核电荷的重心；负电荷重心：电子云的重心。

3、如果按上述思路来思考分子的极性，该如何定义？

极性分子：正负电荷重心能重合的分子。

非极性分子：正负电荷重心不能重合的分子。

那么，新问题来了，我们如何判断分子有没有极性呢？也就是说，我们如何判断分子中正负电荷重心能否重合呢？

因为分子是若干原子的组合，当然也是若干共价键的组合，因此，分子正、负电荷的重心即为考虑所有原子在内的正、负电荷的重心。

注意，“重心”是个几何学上的概念，因此，自然想到，分子的形状（即原子相互间的空间关系）对这个“重心”是有影响的。

接下来，我们自己的探索开始了：

1、组成分子的共价键都是非极性键呢？

2、组成分子的共价键是极性键呢？从简单到复杂，从两原子开始，依次三原子、四原子讨论吧，先列举，再尝试归纳。

全部由非极性键构成的分子显然是非极性分子，如H₂，O₂，N₂，Cl₂，S₈，C₆₀等。

由极性键构成的分子，要讨论：

双原子分子：如HCl，极性分子。

三原子分子：H₂O，V型，极性分子；CO₂，直线型，非极性分子。

四原子分子：NH₃，三角锥型，极性分子；BF₃，平面三角型，非极性分子。

五原子分子：CH₃Cl，CH₂Cl₂，变形四面体，极性分子；CH₄，正四面体型，非极性分子；

。。。。。。

看来，由极性键构成的分子是否有极性，还取决于分子的形状，说到底，就是键的极性能否因为特定的几何构型而相互抵消。

例如，在CO₂、CH₄等分子中，键的极性是可以相互抵消的。“相互抵消”有没有让人联想起什么？物理课上的“力的合成”吧。如果把键的极性看作矢量，那么不同方向的矢量合成起来的话，是有可能相互抵消的。这里，其实你“发明”了一种判断分子极性的方法——矢量合成法，是不是？借用物理课所学，在此不多述了。

接下来，新问题又来了。 极性分子的极性会有大小之分吗？若要定量，需关联哪些物理量？

想来应当有大小之分，它与正负电荷重心偏离多少距离有关（不偏离自然就是非极性分子），还应当与偏离电荷量的多少有关啊。确实如此，分子极性的强弱，可以用偶极矩（dipole moment,μ）表示。偶极矩是表示分子电荷分布情况的一个物理量，等于极性分子正负电荷之重心间的距离d（又称偶极长）与偶极电荷量q的乘积，μ=qd。显然，偶极矩是一个矢量（化学上按习惯规定其方向是由正到负），可以通过实验测得。根据偶极矩大小可以判断分子有无极性，或比较分子极性的大小。

μ= 0，为非极性分子；μ值愈大，分子的极性愈大。

下表列出了一些常见分子的偶极矩实测值。http://s6/mw690/002yhcyJgy6ODKMw9fve5&690 分子的极性" TITLE="4-5  分子的极性" />

想一想：

1. O₃分子的偶极矩为0.54，奇怪吗？应当类似于H₂、P₄、O₂等，μ= 0啊。O₃分子有弱的极性让我们推测出什么？首先，分子中的氧氧键一定是由极性的，否则分子的极性哪儿来呢？第二，这个分子还不该是直线型的，否则极性抵消。确实——O₃分子是V型的！

2. 卤化氢分子的极性怎么递变？从HF到HI，极性在减弱。可是从HF到HI，键长在增加啊！呵呵，不是一回事。由于F到I的电负性在减小，因此与H的电负性差值在减小，偶极长d在减小，偶极长并不是键长啊！另外，看出来没有，HF的极性特别大（几乎是HCl的两倍了），H₂O、NH₃的极性也非常大，这点在后面还将再提到。

极性是分子的一种性质，微观层面上这种分子的性质会对宏观层面物质的许多物理性质有影响，比如溶解性。极性相似的往往是“一伙”的，相互溶解性较好。回到开头的问题，I₂和CCl₄都是非极性分子，互溶；H₂O是极性分子，与它们不互溶；至于C₂H₅OH呢，想来这个分子的极性（μ值）应当介于0~1.85之间吧，因此与两伙都能搭上。当然，也许还有些别的原因，后面慢慢再去发现。

最后，提一个问题大家思考：讨论分子的极性的时候，大家可能已经关注了分子的对称性。可是，CCl₄分子有对称性，是非极性分子；H₂O分子也有对称性，是极性分子，那么分子的对称性与分子的极性到底有关系呢？