化學鍵的極性與偶極矩(二) Bond Polarity and Dipole MomentsⅡ

化學原理啟迪345

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1.     多原子分子同樣展現偶極的行為模式。偶極，指分子的某個區域帶正電，另一個區域帶正電，就像電池的正負兩極。

2.     舉例來說，因為水分子裡的氧原子陰電性較氫原子強，水分子的電荷分布如下圖：

水分子的電荷分佈，使水分子就像擁有正、負二個極性中心的電場，因此水分子具有偶極矩dipole moment。

3.     同樣的情況也出現在氨分子NH3上，氨分子的電荷分佈如下圖：

4.     有些分子有極性鍵，卻沒有偶極矩。當分子的化學鍵排列方式會使彼此的極性抵銷時，就會發生「分子有極性化學鍵，卻沒有偶極矩」的現象，舉例來說，CO2分子的構造是線型的，電荷分布如下：

由於氧原子左右二個化學鍵的極性方向相反，極性被抵銷掉了，使得二氧化碳分子沒有偶極矩。

5.     下圖左為二氧化碳CO2的被抵銷掉的偶極矩，圖右為水分子H2O的偶極矩

6.     有許多分子都因為其化學鍵的極性方向彼此相反而抵銷了極性。以下這些常見的分子，他們都是化學鍵的極性被抵銷而沒有偶極矩：

7.     【例題】請寫出HCl、Cl2、SO3（平面）、CH4（四面錐體）和H2S（V型）這幾個分子的化學鍵極性方向，並指出他們的偶極矩。

【解題】

HCl分子：因為氯（3.2）的陰電性比氫原子（2.2）強，相較之下，因此氯原子帶負電，而氫原子帶正電的。HCl分子的偶極矩如下：

Cl2分子：因為二個氯原子的陰電性都一樣，因此氯與氯鍵結的化學鍵沒有任何極性。Cl2分子沒有偶極矩。

SO3分子：因為氧（3.4）的陰電性比硫（2.6）強，相較之下，每個氧原子帶負電，而硫則帶正電：

不過，SO3各化學鍵的極性剛好互相抵銷掉，因此這個分子沒有偶極矩。

徐弘毅：教課書將SO3分子的結構設定為平面三角形，因此從中心氧原子（三角形中心點）到3個硫原子（三角形的三個頂角）的極性會剛好抵銷，我原本認為這樣說不完全正確。

因為我想硫S與氧O之間的價電子會在不同的原子之間移動（電子非定域移動），所以硫S與氧O之間的化學鍵有可能發生都是單鍵的情況，而不是像教科書的路易斯結構所畫的硫S與氧O之間的化學鍵是1個單鍵、2個雙鍵。

不過後來我覺得多餘的價電子集中在硫S身上，讓硫S與氧O之間的化學鍵都是單鍵，並且SO3分子結構變成四面體的機率相當低，因為氧的陰電性比硫強，所以多餘的價電子應該是盡可能地靠近氧O，遠離硫S，所以SO3分子沒有機會變成四面體結構。

從網路上摘取的SO3分子結構與教科書不同，它則是硫S與氧O之間的化學鍵都是雙鍵，應該是因為這張圖的作者認為，氧O的陰電性強於硫S，所以他認為SO3分子應該是由3個S＝O硫＝氧雙鍵組成的平面三角形的結構。

CH4分子：碳原子（2.6）的陰電性稍微高於氫原子（2.2），這使得氫原子稍微帶正電，而碳原子稍微帶負電：

這四個化學鍵在空間中的極性剛好互相抵銷，因此分子沒有偶極矩。

H2S分子：因為硫（2.6）的陰電性高於氫（2.2），相較之下，硫原子帶負電，而氫原子帶正電，化學鍵的極性如下圖：

H2S的分子構造跟水分子一樣。因此H2S與H2O這二種分子的偶極矩都一樣：

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／Stoichiometricequiv、Chem.latech.edu、 Softchalkcloud、Courses、Windows2universe、Uwec.edu、Butane.chem.uiuc.edu