分子極性的判斷與力學的關系
2012-04-29 00:00:00施明林
中學教學參考·理科版 2012年1期
當教學人教版普通高中課程標準實驗教科書化學選修3《物質結構與性質》第二章《分子結構與性質》的有關理論知識時，學生學習起來頗感吃力。其中，極性分子和非極性分子的判斷是學生學習的難點。
判斷一種分子是否存在極性，有兩個步驟：
首先，必須判斷分子內部存在什么共價鍵，是極性共價鍵還是非極性共價鍵。
（1）所謂極性共價鍵，指的是不同非金屬原子之間形成的、共用電子對偏向吸引電子能力強的一方原子的共價鍵。我們以H-Cl鍵的形成之前的瞬間為例，來分析其共用電子對的受力情況。力的示意圖如下所示：
從力的示意圖可以看出，當H-Cl鍵形成前的瞬間，F1＜F2，吸引力合力ΔF＞0，吸引力合力指向吸引電子能力強的Cl原子一方。共用電子對在吸引力合力ΔF的作用下，向吸引電子能力強的Cl原子一方移動時，同時受到Cl原子外圍電子的排斥力也慢慢增大，直到合力ΔF與排斥力達到平衡時，形成穩定的極性共價鍵H-Cl。
（2）所謂非極性共價鍵，指的是同種非金屬原子之間形成的、共用電子對不偏向任何一方原子的共價鍵。我們以H-H鍵的形成之前的瞬間為例，來分析其共用電子對的受力情況。力的示意圖如下所示：
從力的示意圖可以看出，當H-H鍵形成前的瞬間，F1＝F2，共用電子對所受吸引力合力ΔF=0，共用電子對不偏向任何一方原子形成穩定的非極性共價鍵H-H。
其次，在理解了共價鍵內部共用電子對受力情況和特點之后，就可以很好地根據共用電子對受力情況（即鍵的極性情況）來判斷分子的極性情況了。一言以蔽之，就是分析整個分子內部所有共用電子對受力情況，如果整個分子內部所有共用電子對所受吸引力的合力ΔF的總合力∑F＞0，那么該分子為極性分子；如果總合力∑F=0，那么該分子為非極性分子。具體有以下四種情況：
（1）完全由非極性共價鍵形成的分子，屬于非極性分子。
如H2、O2、N2、P4（正四面體型）、S8等分子中化學鍵都是非極性共價鍵，共用電子對所受吸引力的總合力∑F=0，為非極性分子。
但是，也有特殊性的分子如O3，雖然是非金屬單質分子，看起來好像分子中化學鍵都是非極性共價鍵，但它是極性分子。這是因為臭氧的三個氧原子的排列是V字形的（和水分子形狀一樣）。其中間的那個原子和兩端的原子共用電子，中間的原子要花力氣去吸引4個共用電子，而兩端的原子只需要各自吸引2個共用電子，所以兩端的原子更有能力將電子吸引過來，也就是說，電子會和兩端的原子距離更近，中間的原子自然就帶正電荷了。相對于極性中心的不對稱就導致了他是極性分子。
（2）完全由極性共價鍵形成的雙原子分子，屬于極性分子。
如HF、HCl等分子中化學鍵都是極性共價鍵，共用電子對所受吸引力的總合力∑F＞0，為極性分子。
（3）完全由極性共價鍵形成的多原子分子，有的屬于極性分子，有的屬于非極性分子，如下表所示：
同理，我們可以判斷出CS2是直線型非極性分子，H2S是V型極性分子，SO2是V型極性分子，PCl3是正三角錐型極性分子，CH3Cl是四面體型極性分子，CCl4是正四面體型非極性分子，PCl5是正三角雙錐型非極性分子，SO3是正三角形型非極性分子，還有一些結構比較復雜的分子如O3F2、Cl2O7、SF6、SCl6、ClF等是非極性分子，這里就不分析其分子內共用電子對所受吸引力的問題了。
（4）由極性共價鍵和非極性共價鍵混合形成的多原子分子（主要是有機物分子），有的屬于極性分子，有的屬于非極性分子，如下表所示（非極性共價鍵中共用電子對所受吸引力合力ΔF=0，故不需要標出）：
從上表我們也可以得出結論：如果有機物分子的結構是對稱的形狀，整個分子內部所有共用電子對所受吸引力的合力ΔF的總合力∑F=0，是非極性分子；如果結構式不對稱，整個分子內部所有共用電子對所受吸引力的合力ΔF的總合力∑F＞0，是極性分子。比如C3H6、C6H14等分子的結構是對稱的形狀，是非極性分子；而C2H5OH、CH3CH2Cl等分子的結構是不對稱的形狀，是極性分子。
另外，有一些無機物分子，如過氧化氫分子含有極性共價鍵O-H，非極性共價鍵O-O，由于過氧化氫分子不是直線型，而是二面角的結構，兩個氫原子分占的兩個不同平面成93°51′的夾角（近似垂直），所以極性不能抵消，是極性分子。
(責任編輯 廖銀燕）
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學生活動：［討論］選擇性生育對人類社會的影響和危害。
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七、作業
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2.資料收集和分析：（教材第92、94頁）收集有關基因診斷和基因治療的有關資料。
3.預習其他人類的遺傳病。
八、板書
第三節 人類的遺傳病
(責任編輯 廖銀燕）
