Номер 588, страница 103 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

588. Что собой представляют постоянные и временные диполи? Каковы причины возникновения временных диполей?

Что собой представляют постоянные и временные диполи?

В физике и химии диполь — это система из двух равных по модулю и противоположных по знаку зарядов ($+q$ и $-q$), расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Молекулы, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают, обладают дипольным моментом и называются диполями. Различают постоянные и временные (наведенные или индуцированные) диполи.

Постоянные диполи (или полярные молекулы) — это молекулы, которые обладают собственным, постоянным дипольным моментом даже в отсутствие внешнего электрического поля. Это свойство обусловлено строением самой молекулы, а именно:

1. Наличием полярных ковалентных связей, которые возникают между атомами с разной электроотрицательностью. В такой связи электронная плотность смещается к более электроотрицательному атому, создавая на нем частичный отрицательный заряд ($\delta^-$), а на другом — частичный положительный заряд ($\delta^+$).
2. Асимметричной геометрией молекулы. Если молекула симметрична, дипольные моменты отдельных связей могут взаимно компенсировать друг друга, и суммарный дипольный момент будет равен нулю (например, молекула $CO_2$). Если же геометрия асимметрична (например, угловая форма молекулы воды $H_2O$ или пирамидальная у аммиака $NH_3$), то векторная сумма дипольных моментов отдельных связей не равна нулю, и молекула в целом является постоянным диполем.

Величина дипольного момента ($\vec{p}$) характеризуется формулой $\vec{p} = q \cdot \vec{l}$, где $q$ — величина заряда, а $\vec{l}$ — вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному.

Временные диполи (также известные как мгновенные или индуцированные диполи) — это диполи, возникающие на короткое время в неполярных молекулах или даже в отдельных атомах благородных газов. В отличие от постоянных диполей, они не существуют постоянно, а появляются и исчезают из-за флуктуаций электронной плотности.

Ответ: Постоянные диполи — это полярные молекулы, имеющие постоянный дипольный момент из-за неравномерного распределения заряда, обусловленного полярными связями и асимметричным строением (например, $H_2O, NH_3$). Временные диполи — это мгновенные, кратковременно существующие диполи, которые возникают в любых атомах и молекулах (включая неполярные) из-за случайного, асимметричного движения электронов.

Каковы причины возникновения временных диполей?

Основной причиной возникновения временных диполей является непрерывное и хаотичное движение электронов в атомах и молекулах.

Согласно квантово-механической модели, электроны не вращаются по строго определенным орбитам, а образуют "электронное облако" вокруг ядра (или ядер). Плотность этого облака описывает вероятность нахождения электрона в той или иной точке пространства. Хотя в среднем распределение электронного облака в неполярной молекуле или атоме симметрично, в каждый конкретный момент времени оно может быть асимметричным.

В результате этой мгновенной асимметрии на одной стороне атома или молекулы может кратковременно возникнуть избыток электронной плотности (создавая частичный отрицательный заряд, $\delta^-$), а на противоположной — ее недостаток (создавая частичный положительный заряд, $\delta^+$). Эта мгновенная поляризация и есть временный диполь.

Такой временный диполь существует очень короткое время (порядка $10^{-16}$ с), после чего электронное распределение меняется, и диполь либо исчезает, либо меняет свою ориентацию. Однако эти постоянно возникающие и исчезающие диполи могут индуцировать (наводить) диполи в соседних молекулах, что приводит к возникновению слабых межмолекулярных сил притяжения, известных как дисперсионные силы Лондона. Эти силы существуют между всеми частицами, и они являются единственным типом межмолекулярного взаимодействия для неполярных молекул и атомов инертных газов.

Ответ: Причиной возникновения временных диполей является флуктуация (случайные колебания) электронной плотности в атоме или молекуле. Из-за непрерывного движения электронов их распределение в любой момент времени может стать асимметричным, что приводит к мгновенному разделению центров положительного и отрицательного зарядов и появлению кратковременного дипольного момента.