偶极矩
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在前文 《分子振动方式》中简要介绍红外光谱时,写了这样一段话“红外光谱属于分子振动和转动光谱,主要与分子的结构有关, 能产生偶极矩变化的分子均可以产生红外吸收。除单原子分子以及同核分子以外的分子均可以具有特征吸收(F,N2)。”
对于其中偶极矩这个概念,可能大家一头雾水,不太好理解,下面就以直观的方式聊一聊这个概念。
一、两个原子:
两个原子https://www.zhihu.com/video/15687185400599756801、首先看到是A原子和B原子组成了一个键。
2、A原子电负性弱,B原子电负性强,AB两个原子构成了一个极性分子。
3、这中间有一个黑色箭头,代表的就是偶极矩,这里只讨论键,所以也叫键偶极,其方向规定为从正电中心指向负电中心,所以现在它箭头水平向右。
4、勾选<部分电荷>,AB两个原子两边就出现正电荷\delta+和负电荷 \delta -符号。
5、勾选<键的性质>,就可调整改变键的性质,我们把B原子电负性调到最弱,下面键的性质的小图示就移到最左边“更多的工价”,需要指出是,这里有一个小错误,应该是“更多的共价”,此时AB两个原子电负性一样,形成就是共价键。细心的话,你还会发现AB两个原子之间代表偶极矩的黑色箭头消失了,因为非极性分子没有偶极矩。
6、我们再把B原子电负性调到最强,下面键的性质的小图示就移动最右边“更多的离子”,这就形成了离子键,细心的话,你又会发现AB两个原子之间代表偶极矩的黑色箭头逐渐变长了,因为偶极矩就是正、负电荷中心间的距离和电荷中心所带电量的乘积,在这里箭头长短就是代表偶极矩的大小。至此你是不是对偶极矩有了更直观的理解了?
7、点击<静电势>,下面就会显示静电势,正极以蓝色表示,负极以红色表示,因为现在A原子电负性最弱,B原子电负性最强,所以蓝红顔色特别明显,现在把B原子电负性逐渐降低,蓝红顔色逐渐变淡直至消失。
8、点击<电子密度>,有时我们更习惯叫电子云密度,黑色的深浅代表电子云密度,此时AB两个原子电负性一样,电子云密度的颜色也一样呈现灰色,把B原子电负性逐渐调高,你会发现B原子电子云密度的颜色也逐渐变深呈现黑色,A原子电子云密度的颜色则变得更浅。
9、点击<电场关闭>,这里又有一个小错误,就是关闭和开启弄反了,但瑕不掩瑜,不影响我们理解。开启后,两边出现正负电场,我们把A原子电负性调到最大,B原子电负性调到最小,你会发现,因为电场的原因,AB两个原子调换了位置,因为它们电负性改变了。
二、三个原子:
三个原子https://www.zhihu.com/video/15687186700034129921、在这里出现了一个黄色箭头,这个是分子偶极矩,那什么是分子偶极矩呢?通过不断改变ABC三个原子电负性,你会发现黑色箭头,也就是键偶极方向不会改变,但是大小也就是长短会改变,而代表分子偶极矩的黄色箭头,无论长短(意为大小)和方向都会改变,至此,你可以看的出,分子偶极矩就是由键偶极经矢量加法后得到的。
2、勾选<部分电荷>和点击<电场开启>,同在两个原子里面的场景是一样的,大家可自行观看领会。
三、真正的分子:
在这里面有很多例子,我们选甲醛作为演示,键偶极是用灰色表示,不太容易看清楚,其它同前面动画中变化和场景一致。
真正的分子https://www.zhihu.com/video/1568718811448164352以动画作为辅助,描述偶极矩的概念,是为了后面深入讲解红外光谱时,清除这些知识小疙瘩。
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