① 如何確定化合物的極性大小
最簡單的是根據相似相溶原理,在看有機物的結構是否對稱,若對稱基本上成非極性的,分子的極性(永久烷極)是由其中正、負電荷的「重心」是否重合所引起的。
根據其分子在空間是否絕對對稱來判定極性,化學鍵極性的向量和——弱極矩μ則是其極性大小的客觀標度.
<ul>常見烷烴中,CH4、C2H6分子無極性,C3H8是折線型分子,鍵的極性不能相互完全抵消,其μ≠為0.084D。至於其它不含支鏈的烷烴,分子中碳原子數為奇數時,一定不完全對稱而具有極性;分子中碳原子數為偶數時,僅當碳原子為處於同一平面的鋸齒狀排布的反交叉式時,分子中鍵的極性才能相互完全抵消,偶極矩為零,但由於分子中C—C鍵可以旋轉,烷烴分子(除CH4)具有許多構象,而上述極規則的鋸齒狀反交叉式僅是其無數構象「平衡混合物」中的一種,所以,從整體來說,除CH4、C2H6外,不帶支鏈的烷烴均有極性。帶有支鏈的烷烴,也僅有CH4、C2H6等分子中H原子被—CH3完全取代後的產物盡其用,2—二甲基丙烷、2,2,3,3—四甲基丁烷等少數分子不顯極性,余者絕大多數都有一定的極性。由於烷烴中碳原子均以SP3雜化方式成鍵,鍵的極性很小,加上其分子中化學鍵的鍵角均接近於109°28′,有較好的對稱性(但非絕對對稱)故分子的極性很弱,其偶極矩一般小於0.1D.烯烴中,乙烯分子無極性,丙烯分子,1—丁烯分子均不以雙鍵對稱,μ分別為0.336D、0.34D。2—丁烷,順—2—丁烯的μ=0.33D,反—2—丁烯的偶極矩為零,即僅以C=C對稱的反式烯烴分子偶極矩為零(當分子中C原子數≥6時,由於C-CO鍵旋轉,產生不同的構象,有可能引起μ的變化),含奇數碳原子的烯徑不可能以C=C絕對對稱,故分子均有極性。 二烯烴中,丙二烯(通常不能穩定存在)、1、3一丁二烯分子無極性,1、2一丁二烯分子μ為0.408D,2—甲基一1,3—丁二烯(異戊二烯)分子也為極性分子。炔烴中,乙炔、2—丁炔中C原子均在一條直線上,分子以C—C對稱,無極性,但丙炔、1—丁炔分子不對稱,其極性較大,μ分別為0.78D和0.80D。芳香烴中,苯無極性,甲苯、乙苯有極性,μ分別為0.36D、0.59D;二甲苯中除對一二甲苯外的另兩種同分異構體分子不對稱,為極性分子,顯而易見,三甲苯中之間一三甲苯分子的μ為零,聯苯、萘的分子也無極性。</ul>
綜上所述,烴的分子有無極性仍是取決於各自的對稱程度是否將鍵的極性完全抵消。當某分子並不因其中C—CO鍵的旋轉而引起碳干排布不同的構象時,構型則絕對對稱,分子無極性。將其分子中H原子全部用——CH3所替代,分子的偶極矩仍為零。作為以烷烴為主要成分的汽油、石蠟,其中可能含有非極性的分子構象,但從整體來說,同絕大多數烴的分子一樣,它們也是具有極性的,只是由於其中C—H鍵的極性極弱,其偶極矩極小。烴類的偶極矩一般小於1D,在不飽和烴中尚有以Sp2、Sp雜化方式成鍵的碳原子,鍵的極性及分子的極性均較相應的飽和鍵烴強,炔烴的極性較烯烴強。 至於烴的衍生物,常見的除四鹵化碳,六鹵乙烷、四鹵乙烷、對一二鹵苯、對一二硝基苯、間一三鹵苯等非極性的烴分子中氫原子或—CH3被其它原子或原子團全部或部分以完全對稱的方式所取代的產物等少數物質外,多數都具有極性,分子的偶極矩較相應的烴大,一般大於1D。 由此可見,有機物的分子除少數為非極性分子外,大多數是具有極性的。其偶極矩不少還比水大,如一氯甲烷為1.87D、一氯乙浣為2.05D、溴苯為1.70D、乙醛為2.69D、丙酮為2.88D、硝基酸為4.22D、乙醇為16.9D,有機物的極性並不都很弱。當然,與無機物相比較,有機物是弱極性,作為常見的有機物之一的汽油,盡管其主要成分的偶極矩不大,在教學中往往將汽油及烷烴等視為非極性的。但烷有烴等有無極性是個是非問題,在教學中尤其在師范除校化學專業的教學中,不宜進行如此處理而不加任何說明。否則,容易引起學生錯覺,往往不加考慮地認為烷及烴的分子都絕對對稱的、均無極性,而將問題簡單化、絕對化、對本身的業務進修及今後的教學工作都會帶來一些不必要的麻煩。所以,不管因為什麼原因在教學中至少都必須明確說明有機物的弱極性與非極性的前提是與無機物整體相比較,汽油等物質因主要成分的極性很弱,通常視為非極性。
附:常見溶劑的極性大小排序水(最大)甲醯胺三氟乙酸DMSO乙腈DMF六甲基磷醯胺甲醇乙醇乙酸異丙醇吡啶四甲基乙二胺丙酮三乙胺正丁醇二氧六環四氫呋喃甲酸甲酯三丁胺甲乙酮乙酸乙酯三辛胺碳酸二甲酯乙醚 異丙醚正丁醚三氯乙烯二苯醚二氯甲烷氯仿二氯乙烷甲苯苯四氯化碳二硫化碳環己烷己烷煤油(石油醚)(最小)
② 如何確定一個化合物的極性
在化學中,極性指一根共價鍵或一個共價分子中電荷分布的不均勻性。如果電荷分布得不均勻,則稱該鍵或分子為極性;如果均勻,則稱為非極性。物質的一些物理性質(如溶解性、熔沸點等)與分子的極性相關。
一個共價分子是極性的,是說這個分子內電荷分布不均勻,或者說,正負電荷中心沒有重合。分子的極性取決於分子內各個鍵的極性以及它們的排列方式。在大多數情況下,極性分子中含有極性鍵,非極性分子中含有非極性鍵。
然而,非極性分子也可以全部由極性鍵構成。只要分子高度對稱,各個極性鍵的正、負電荷中心就都集中在了分子的幾何中心上,這樣便消去了分子的極性。這樣的分子一般是直線形、三角形或四面體形。
實驗的話,就是從物質性質簡單判斷:
溶解性
分子的極性對物質溶解性有很大影響。極性分子易溶於極性溶劑,非極性分子易溶於非極性溶劑,也即「相似相溶」。蔗糖、氨等極性分子和氯化鈉等離子化合物易溶於水。具有長碳鏈的有機物,如油脂、石油的成分多不溶於水,而溶於非極性的有機溶劑。
熔沸點
在分子量相同的情況下,極性分子比非極性分子有更高的沸點。這是因為極性分子之間的取向力比非極性分子之間的色散力大