О поляризационных эффектах в рядах молекул вида ЭХ3
Проведение корреляций между экспериментальными дипольными моментами и величинами разности первых потенциалов ионизации атомов и молекул для трех-координированных соединений вида ЭХ3. Получение экспоненциальных функций зависимости для рядов ЭF3 и ЭCl3.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 14.05.2017 |
Размер файла | 294,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru//
Размещено на http://www.allbest.ru//
В статье [1] нами показано, что для рядов соединений вида ЭХ3 и ЭХ2 между величинами разности потенциалов ионизации (ПИ) центрального атома Э(Еi) и молекулы (Ен) ДЕ= Еi - Ен и валентными углами б наблюдаются прямолинейные зависимости. Наблюдаемые закономерные изменения величин потенциалов ионизации, связанные с распределением электронов в молекуле, позволяют предполагать, что введенная в [1] величина ДЕ будет характеризовать и другие параметры молекул, например дипольные моменты. Действительно, там же [1] показано, что характер гибридизации орбиталей центрального атома Э хорошо коррелируются с ДЕ и с валентными углами б. поляризационный молекула ионизация атом
В табл.1 приведены дипольные моменты (ДМ) соединений рядов ЭХ3. Для рядов ЭF3(N,P,As) и ЭCl3 (N,P,As,Sb) имеются экспериментальные ДМ, полученные методом микроволновой спектроскопии [2-3]. Для остальных соединений ДМ измерены методом Дебая в неполярных растворителях [2-4].
Таблица 1- Экспериментальные дипольные моменты молекул ЭHgl3
Соединения |
эксп[Д] |
Метод определения |
|
NF3 |
0.235 |
MB* |
|
NCl3 |
0.39 |
MB |
|
PF3 |
1.025 |
MB |
|
PCl3 |
0.80 |
MB |
|
PBr3 |
0.61 |
CCl4 |
|
PJ3 |
0.34 |
C6H6 |
|
AsF3 |
2.815 |
MB |
|
AsCl3 |
1.92 |
MB |
|
AsBr3 |
1.66 |
CCl4 |
|
AsJ3 |
0.96 |
CS2 |
|
SbCl3 |
3.93 |
MB |
|
SbBr3 |
3.28 |
C6H6 |
* -MB - микроволновая спектроскопия
Молекулярные ДМ ЭХ3 направлены от Э к атомам Х=Hlg [5-8].
Сравнение величин ДМ при переходе от трифтор- к трихлорпроизводным (кроме NF3и NCl3) указывает на уменьшение их значений. Во всех случаях замена атомов F на менее электроотрицательные атомы хлора изменяют значение вектора ДМ в направлении противоположном молекулярному от галогенов к атому Э и соответственно приводит к понижению ДМ. Однако для молекулярных ДМ производных NF3 (0,235 Д) и NCl3 (0,39 Д) наблюдается обратная тенденция. Ввиду сильной электроотрицательности атома N ДМ молекул NF3 и NCl3 малы, а при замене фторов на хлоры наблюдается увеличение молекулярного ДМ. Это свидетельствует, что молекулярные ДМ молекул NF3и NCl3, в отличие от всех других ЭХ3 , направлены от галогенов к атому N.
Для соединения SbF3 экспериментальный ДМ в литературе отсутствует. Для оценки этой величины были использованы закономерности, отмеченные в [9,10] для экспериментальных ДМ молекул рядов ЭХn при изменении Э или Х в пределах одной группы периодической системы. На рис. 1 приведена зависимость экспериментальных ДМ, полученных методом микроволновой спектроскопии для соединений ЭX3(N,P,As; Х=F, Cl).
Рисунок 1. Зависимость ДМ ЭCl3и ЭF3
Наблюдаемая на рис. 1прямая и соответствующая зависимость
для трех пар соединений (NF3и NCl3; PF3и PCl3; AsF3 и AsCl3) позволяет экстраполировать и по значению SbCl3 (3,93 Д) рассчитать величину дипольного момента SbF3 равной 5,46 Д.
На рис.2 приведены зависимости экспериментальных ДМ от величин ?E для рядов ЭF3, ЭCl3, ЭBr3,ЭI3.
Эти кривые описываются функциями типа
(1)
Строгий анализ кривых рис.2 можно проводить лишь для рядов ЭF3 и ЭCl3 , для которых имеются экспериментальные ДМ, полученные методом микроволновой спектроскопии (табл. 1).
Рисунок 2. Зависимости м=f(ДE) экспериментальных ДМ и величин ДE
Для ряда NF3,PF3, AsF3и SbF3
(2)
Для ряда NCl3, PCl3, AsCl3и SbCl3
(3)
В [1] обсуждение и интерпретация зависимостей величин параметров ДЕ от б проводился в рамках модели отталкивания электронных пар валентной оболочки (ОЭПВО)[11,12]. Согласно этой модели валентные углы определяются отталкиванием электронных пар валентной оболочки и соответственно молекулярные ДМ ЭХ3 (рис.3) будут зависить от перераспределения в пространстве молекулы неподеленных электронных пар (НЭП) и связывающих электронных пар (СЭП) атомов Э (N, P, As, Sb) и Х(F, Cl, Br, I ).
Рисунок 3. Изображение модели молекулы вида ЭХ3 и распределение в пространстве НЭП атомов Э и Х и СЭП связей Э-Х; µ0 - дипольный момент иона Х1-;µ1- дипольный момент образованный НЭП и ядром иона Э3-; µ2 - дипольный момент образованный СЭП и ядром иона Э3-.
Согласно рис. 3 дипольный момент молекулы равен сумме трех атомных ДМ (м0) ионов Х1- и одного атомного ДМ иона Э3-.
У ионов Х1-, состоящих из трех НЭП и одной СЭП образуется атомный диполь (µ0) , направленный от центра атома Х в сторону СЭП, противоположно моментам (µ2) по связи Э - Х (рис. 3). С ростом радиуса атома Х увеличивается величина м0. То есть м0Clм0F. Поэтому при одинаковых Э и варьировании Х=F, Cl, Br, I молекулярный ДМ (µмол) будет уменьшаться. Эти изменения подтверждаются экспериментальными данными (табл.1). Аналогично, ДМ иона Э3- в молекуле определяется тремя диполями СЭП (µ2) и одним НЭП (µ1). При увеличении расстояния от центра до валентных электронов (N, P, As, Sb) в ионе Э3- увеличиваются дипольные моменты м2 и м1, которые полностью компенсируют друг друга при угле б = 109,50. При уменьшении б за счет ассиметрии четырех электронных пар появляется дипольный момент , который всегда направлен от Э к Х по оси симметрии. Величина этого момента растет при увеличении радиуса атома Э, и соответственно уменьшении угла б в ряду N3-, P3-, As3-, Sb3-.
В [1] показано, что величина ?Е линейно зависит от б. Таким образом и дипольные моменты остова Э3- и ?Е зависят от радиусов Э и валентных углов б. Поэтому полученные экспериментальные корреляционные формулы (1), (2) и (3) должны соответствовать выше описанной модели изменения ДМ в зависимости от суммарного изменения диполей ионов фрагментов Э3- и Х1- молекул ЭХ3. Согласно рис.3
(4)
Из сравнения (1) и (4) следует
Y = ммолек. - молекулярный ДМ молекулы;
(5)
-молекулярная составляющая атомных ДМ от трех ионов Х-1;
(6)
-молекулярная составляющая атомного ДМ иона Э3-.
Для подтверждения предполагаемых выше по обсуждаемой модели изменений ДМ ионов Э3- и Х1- в соответствующих рядах, были рассчитаны их ДМ по формулам (5) и (6) (табл.2,3). Расчет µ0 проводился по (5) с учетом значений Y0 из экспериментально полученных уравнений (2 и 3) и углов в [1]
Из табл. 2 следует, что атомные ДМ иона Х1- (µ0), согласно ожидаемому по обсуждаемой модели, направлены противоположно моменту иона Э3- и возрастают при переходе от F к Cl в соответствующих парах соединений.
Таблица 2 - ДМ ионов µ0 (F1-) и µ0 (Cl1-)
ЭF3 |
µ0 (F1-) |
ЭCl3 |
µ0 (Cl1-) |
|
NF3 |
0,239 |
NCl3 |
0,487 |
|
PF3 |
0,207 |
PCl3 |
0,383 |
|
AsF3 |
0,203 |
AsCl3 |
0,369 |
|
SbF3 |
0,199 |
SbCl3 |
0,357 |
Из табл. 2 также следует, что уменьшение электроотрицательности атома Э (N, P, As, Sb) приводит к понижению значений моментов µ0 для ряда ЭF3 от 0,239 до 0,199, а для ЭCl3 от 0,487 до 0,357 Д.
Величины ДМ ионов Э3- в рядах ЭF3, ЭCl3, расcчитаные по уравнению (6) , также согласно ожидаемому увеличиваются в ряду
Э= N, P, As, Sb (табл.3).
Таблица 3 - Дипольные моменты ионов Э3- () [Д]
N3- |
P3- |
As3- |
Sb3- |
||
Э3- (F3) |
0,120 |
1,231 |
3,230 |
5,747 |
|
Э3-(Cl3) |
0,140 |
1,355 |
2,433 |
4,497 |
Согласно уравнению (6) при б = 109,50 и соответственно ДЕ = 5,89 эВ[1], ДМ ионов равны для ЭF3 = 0,006 Д, для ЭCl3 = 0,042 Д и соответствуют по модели ОЭПВО мЭ3- =0 при равенстве µ1 = µ2 (рис.3).
При ДЕ= 0 exp [-(В ·ДE )] =1 и согласно уравнениям (1), (6)
.
Т.е. коэффициент А1 в формуле (1) равен ДМ иона Э3-равного значению при ДЕ=0. Тогда из формулы (1)
и
Общая формула для обоих рядов
(7)
где - для ряда ЭF3,
- для ряда ЭCl3.
Таким образом полученная формула (7) позволяет рассчитать величину изменения отношения дипольного момента иона Э3- к ее фиксированному значению при ДЕ=0. Увеличение притяжения НЭП к ядру (изменение ДЕ в сторону отрицательных значений) приводит к уменьшению симметрии иона Э3- и соответственно к увеличению ДМ. Полученные соотношения позволяют провести оценку ДМ атомов и групп и показать степень их переносимости из одной молекулы в другую в пределах рассматриваемых рядов соединений. Эти результаты согласуются с данными [9, 13, 14, 15] о возможности аддитивного рассмотрения электронных свойств отдельных фрагментов молекул. В частности в [13, 14] показано, что квантово-химическая интерпретация позволяет дипольный момент молекулы выразить как сумму вкладов моментов, связанных с межатомными переносами зарядов и моментов, определяемых поляризациями электронов на атоме.
Список литературы
1 Халитов Ф.Г. О закономерностях изменений валентных углов и потенциалов ионизации в рядах молекул вида ЭХ3 и ЭХ2/ Ф.Г. Халитов, К.Ф. Халитов // Политема-тический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - №01(095). - IDA [article ID]: 0951401056. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/56.pdf, 0,875 у.п.л.
2. McClellan A.L. Tables of Experimental Dipole Moments. San Francisco-London.: Freeman W.H., 1963. - Vol.1. - 713 p.; Rahara Enterprises.: 8636 Don Carol Dr.El Cerrito, 1974. - Vol.2. - 999 p.; Rahara Enterprises., 1989. - Vol.3. -1455 p.
3. Осипов О.А., Минкин В.И., Гарновский А.Д. Справочник по дипольным моментам. - М.: Высшая школа.- 1971. - 415 с.
4. Ишмаева Э.А., Пацановский И.И., Проскурина М.В. и др. Электрооптические свойства и конформации 2-галоид-1,3,2-диоксафосфоленов// Докл.АН СССР-1983.-т.272.-№1.-С.136-138.
5. Халитов Ф.Г., Верещагин А.Н. Аддитивный анализ дипольных моментов некоторых производных азота и фосфора//Изв. АН СССР. Сер.хим. 1980.-№9.-С.2046-2050.
6. Халитов Ф.Г., Верещагин А.Н. Дипольные моменты связей в арилпроизводных фосфора и мышьяка//Журнал общей химии.-1981.- Т.51.- Вып.1.- С.79-86.
7. Халитов Ф.Г., Ямбушев Ф.Д., Горчакова Л.А. и др. Дипольные моменты и пространственная структура арилдихлорарсинов// Изв. АН СССР. Сер.химическая.-1979.-№10.-С.2247-2251.
8. Халитов Ф.Г. Векторный анализ дипольных моментов и строение ароматических производных мышьяка. - Казань: Казан.гос. ун-т, 2004.- 112 с.
9. Татевский В.М. Строение молекул. - М.: Химия, 1977. -512 с.
10. Карапетьянц М.Х., Дракин С. Строение вещества. - М.: Высшая школа, 1978. - 304 с.
11. Гиллеспи Р. Геометрия молекул. - М.: Мир, 1975. - С.278.
12. Киперт Д. Неорганическая стереохимия. - М.: Мир, 1985. - 280 с.
13. Бейдер Р. Атомы в молекулах: Квантовая теория. - М.: Мир, 2001. - 533 с.
14. Цирельсон В.Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела.- М.: Бином, 2010. - 496 с.
15. Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия. - М.: Мир, 2012. - 519 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Принципы симметрии волновых функций. Использование принципа Паули для распределения электронов в атоме. Атомные орбитали и оболочки. Периодическая система элементов Менделеева. Основные формулы физики атомов и молекул. Источники рентгеновского излучения.
реферат [922,0 K], добавлен 21.03.2014Тушение возбужденных состояний примесных молекул в твердых растворах органических соединений. Особенности температурной зависимости параметров сенсибилизированной фосфоресценции примесных молекул в замороженных н-парафинах.
диссертация [410,5 K], добавлен 13.03.2007Сущность молекулы как наименьшей частицы вещества, обладающей всеми его химическими свойствами, экспериментальное доказательство их существования. Строение молекул, взаимосвязь атомов и их прочность. Методы измерения размеров молекул, их диаметра.
лабораторная работа [45,2 K], добавлен 11.02.2011Скорости газовых молекул. Обзор опыта Штерна. Вероятность события. Понятие о распределении молекул газа по скоростям. Закон распределения Максвелла-Больцмана. Исследование зависимости функции распределения Максвелла от массы молекул и температуры газа.
презентация [1,2 M], добавлен 27.10.2013Основные положения атомно-молекулярного учения. Закономерности броуновского движения. Вещества атомного строения. Основные сведения о строении атома. Тепловое движение молекул. Взаимодействие атомов и молекул. Измерение скорости движения молекул газа.
презентация [226,2 K], добавлен 18.11.2013Вычисление скорости молекул. Различия в скоростях молекул газа и жидкости. Экспериментальное определение скоростей молекул. Практические доказательства состоятельности молекулярно-кинетической теории строения вещества. Модуль скорости вращения.
презентация [336,7 K], добавлен 18.05.2011Природа обертових, коливних і електронних спектрів. Обертовий рух, обертові спектри молекул. Рівні молекул сферичного ротатора. Спектри молекул типу асиметричного ротатора. Класифікація нормальних коливань по формі і симетрії. Електронні спектри молекул.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 19.12.2010Краткие сведения о дипольных моментах атомов и молекул. Диэлектрическая проницаемость разреженного газа малой плотности. Разреженный газ из полярных молекул. Модель системы со спонтанной поляризацией. Графическое решение функционального уравнения.
реферат [302,8 K], добавлен 20.03.2016Скорости газовых молекул. Понятие о распределении молекул газа по скоростям. Функция распределения Максвелла. Расчет среднеквадратичной скорости. Математическое определение вероятности. Распределение молекул идеального газа. Абсолютное значение скорости.
презентация [1,1 M], добавлен 13.02.2016Основные закономерности сенсибилизированной фосфоресценции в твёрдых растворах органических соединений. Растворители и соединения. Зависимость константы скорости излучательного перехода триплетных молекул акцептора от концентрации смеси.
курсовая работа [275,6 K], добавлен 07.04.2007Структурное строение молекул воды в трех ее агрегатных состояниях. Разновидности воды, её аномалии, фазовые превращения и диаграмма состояния. Модели структуры воды и льда а также агрегатные виды льда. Терпературные модификации льда и его молекул.
курсовая работа [276,5 K], добавлен 12.12.2009Анализ теорий, устанавливающих связи между измеряемыми на опыте величинами и свойствами молекул. Идеальный газ как газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало. Причины возникновения давления газа в молекулярно-кинетической теории.
презентация [151,4 K], добавлен 08.01.2015Особенности распределения примесных молекул в замороженных н.-парафиновых растворах при 77К. Тушение люминесценции органических молекул в растворах различного рода ассоциатами. Влияние отжига на параметры фосфоресценции дибромдифенилоксида.
дипломная работа [341,5 K], добавлен 03.04.2007Расчет емкости конденсатора, расстояния между его пластинами, разности потенциалов, энергии и начальной скорости заряженной частицы, заряда пластины. График зависимости тангенциального ускорения иона от времени полета между обкладками конденсатора.
контрольная работа [94,6 K], добавлен 09.11.2013Селективное возбуждение лазерным излучением атомов и молекул определенного изотопного состава. Двухступенчатая селективная фотоионизация. Время пролета атомов через область взаимодействия с лазерным излучением и причины уменьшения эффективности.
презентация [113,5 K], добавлен 19.02.2014Проверка закона распределения скоростей молекул с помощью прибора Штерна. Его конструкция: коаксиальные цилиндры, между которыми создается вакуум, вдоль оси - платиновая нить, покрытая серебром. Введение Ламмертом селекторов скоростей в устройство.
реферат [400,6 K], добавлен 18.11.2010Определение потенциала электростатического поля и напряжения (разности потенциалов). Определение взаимодействия между двумя электрическими зарядами в соответствии с законом Кулона. Электрические конденсаторы и их емкость. Параметры электрического тока.
презентация [1,9 M], добавлен 27.12.2011Определение структуры спектра атома, молекулы или образованной ими макросистемы их энергетическими уровнями. Спектры и структура атома водорода. Электронные состояния двухатомных молекул, электрические и оптические свойства. Молекулы с одинаковыми ядрами.
курсовая работа [52,0 K], добавлен 06.10.2009Общая характеристика некоторых физических методов исследования строения молекул: рентгеноэлектронной и инфракрасной спектроскопии, дифракционных методов. Особенности полуэмпирических, неэмпирических и кванто-механических методов исследования вещества.
курсовая работа [510,7 K], добавлен 06.02.2013Свойства жидкостей и их поверхностное натяжение. Пример ближнего порядка молекул жидкости и дальнего порядка молекул кристаллического вещества. Явления смачивания и несмачивания. Краевой угол. Капиллярный эффект. Капиллярные явления в природе и технике.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 06.04.2012