Почему молекула воды полярна?

Опорная карта

Схема модели

Работа только с бумагой, калькулятором и данными. Не нагревайте, не пробуйте и не нюхайте образцы, не смешивайте бытовую химию и не проводите электрические опыты. Прозрачность и обычная фильтрация не доказывают, что вода пригодна для питья.

Ситуация и вопрос

Вода в стакане выглядит одинаково во всех направлениях. Можно ли из этого узнать распределение заряда внутри одной молекулы? Вернитесь к уроку 26: полярность связи и полярность молекулы — два связанных, но разных вопроса. Сегодня работаем с рисунком, без образцов веществ.

Новые слова без пропусков

Полярная связь имеет неравномерное распределение электронной плотности. В O–H она смещена к кислороду. Символы δ− около O и δ+ около H обозначают частичные заряды, а не заряды отдельных ионов. Молекула H₂O нейтральна в целом, имеет угловую форму и ненулевой дипольный момент: она полярна.

Предскажите

Нарисуйте угловую H₂O и линейную CO₂. У каждой молекулы полярные связи. Предскажите, в какой геометрии противоположно направленные вклады одинаковых связей компенсируются. Сформулируйте ответ до чтения разбора: одного перечня элементов недостаточно.

Исследуйте или разберите данные

На бумаге обозначьте положительный Na⁺ и отрицательный Cl⁻. Около Na⁺ расположите молекулы воды кислородными концами; около Cl⁻ — водородными. Это гидратация: взаимодействие частиц с окружающей водой. Реальные молекулы движутся, а рисунок показывает только условную ориентацию. Цвета и расстояния не являются измерениями.

Разобранный пример

В H₂O два вклада полярных связей из-за угловой формы не компенсируются; в линейной симметричной CO₂ компенсируются. В модели около Na⁺ располагается конец δ−, около Cl⁻ — концы δ+. Разворот молекулы не превращает воду в ион и не меняет её формулу.

Где легко ошибиться

Ошибка: «вода положительно заряжена» или «полярная связь всегда означает полярную молекулу». У нейтральной молекулы суммарный заряд нулевой; для полярности важны и связи, и форма. Из полярности воды не следует, что в ней растворяется любое вещество: взаимодействия всех компонентов тоже важны.

Перенос в новый случай

Новый случай: в условной линейной модели X–Y–X обе связи одинаковы, их вклады направлены противоположно. Может ли такая молекула быть неполярной при полярных связях? Объясните без догадки по цвету рисунка. Затем замените линейную форму угловой и вновь обсудите компенсацию.

Ответ и проверка памяти

Проверка: симметричная линейная модель допускает компенсацию, поэтому полярные связи совместимы с неполярной молекулой. Для угловой формы компенсации двух ненулевых одинаковых вкладов нет. Восстановите по памяти цепочку: связь → форма → молекула → ориентация у иона. Не называйте модель прямым наблюдением молекул.

Задание

Полярная связь доказывает полярность молекулы? Какой конец H₂O обращён к Na⁺?

Ответы

Когда вернуться

Закройте страницу и через 10 минут воспроизведите карту, определите термины своими словами и решите новый случай. Через сутки и через неделю повторите без подсказки. Если ошибка осталась, вернитесь к разобранному примеру и запишите, какой шаг был пропущен.

Источники и границы

• OpenStax: geometry and polarity
• OpenStax: dissolution

Дело о соли: как проверить всю цепочку расчёта?

Как отличить раствор от взвеси?