如何判断分子是极性分子还是非极性分子？

风云

如何判断分子是极性分子还是非极性分子？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/355277253

清风寡欲

极性=极端，偶极=两个极端
众所周知（手动狗头保命），有机化学中经常讨论极性相关的问题，并且在工作中也经常要用到极性来分析和解决问题，极性是有机化学中是一个非常重要的基础概念。
但是我在相当长的一段时间内，并不知道到底啥是极性，只知道有这么个概念。工作中经常是这样“这个反应为啥用正己烷做溶剂啊，因为它极性小”，然后有一天，一个刚入职的同事问我“啥是极性？”我：“偶极矩吧”，“啥是偶极矩？”，我：“。。。。。。”，沉默震耳欲聋，那一刻我觉得我愧对有机化学之神。


1.什么是极性？

言归正传，抛开化学不谈，极性，先从字面上理解，“极”和性质，极是什么意思，是“有极端”的意思，比如南极、北极，比如N极、S极，所以极性就是说这个东西它在某一个方面有极端的性质。


好了，说回有机化学，有机化学中有两处经常用到极性，一是化学键的极性，一是分子的极性。先看化学键，什么是化学键的极性？
众所周知（应该周知吧），每种元素的电负性是不同的，每种元素的原子实对价电子的吸引能力是有差异的，这就造成了当两个不同的原子形成分子时，电子偏向一边，不再均分，结果就是一个原子带正电，也就是部分正电中心δ+，一个原子带等量负电，也就是部分负电中心δ-。


出现上述现象的化学键称为极性键，一个极性键形成一个键偶极（啥是偶极，偶，是一对，双，偶极就是出现两个极端，键偶极就是描述化学键出现一正一负两个极端这种现象），
正或负电荷中心所带的电量乘以正负电荷中心的距离就是偶极矩（纯是为了用来衡量偶极的），μ=qd，偶极矩是个矢量，有大小有方向，方向是规定出来的从δ+→δ-，大小怎么确定，啊？请看上一句话。
对于一个分子来说，键偶极矩的矢量和就是分子偶极矩，一不小心就讲到分子了，重点来了，分子偶极矩的大小大体上可以表示有机分子的极性大小。从这里可以得出分子偶极矩不为0的分子就是极性分子，跟极性键大同小异。看一下经典案例，顺式2，3-二氯-2-丁烯和反式2，3-二氯-2-丁烯，顺式结构偶极矩矢量和不为0，为极性分子，反式结构矢量和为0 ，为非极性分子。


接着说重点，“分子偶极矩的大小大体上可以表示有机分子的极性大小”，这个“大体上”用的就很精髓，严谨的很，防的就是我这种爱挑毛病的人。但是，没用，反例还是要举。
反例就是CH3F分子偶极矩为6.07，和CH3Cl分子偶极矩为6.47，表面看CH3Cl的极性大，但是，众所周知，Cl的电负性是小于F的，所以这就矛盾了，就有些尴尬，原因也很简单，F的半径太小，q再大也没抵得过d太小，所以qd的乘积μ较小。


由此可见，这个结论在使用的时候要小心些，其实在有机中这种特例并不多见，常用的东西其实不多，涉及极性的多是溶剂，用几次就基本能一眼分辨了，实在不行还可以查查偶极矩表，极性表，工作了也是可以用手机的（至少我的工作是可以的）。
2.拓展一下，分子偶极其实可以被分为三类：

固有偶极：也就是前面说到的不同原子间形成的极性键的键偶极的矢量和，这个是一直稳定存在的，算是分子的固有属性，一般不受外界条件影响。
诱导偶极：是说分子在一定条件下经不起诱惑，各个键都在做着一些奇怪的运动，比如被电场刺激了，比如被磁场吸引了，又或者说来了一个其他的极性分子在它面前一走一过，都会使正负电荷中心出现移动，甚至将非极性分子转变成极性分子，这就是诱导偶极，这种偶极不是永久的，当外界刺激消失，分子还是能固守本性恢复原来的样子的。
瞬时偶极：这个就厉害了，每一分每一秒，分子内部都是不平静的，原子核在震动，电子在运动，他们在运动的过程中难免会失足走到他们不该出现的地方（虽然还会主动回到正轨），这就造成了分子在那么一瞬间不那么平衡，内部出现不和谐的声音，产生偶极，但是稍纵即逝，所以叫瞬时偶极。
3.最后说点有用的，用途

花时间看半天知道啥是极性也没啥意义，最后还是得用它，这里提几个我工作中常用的：
溶解度：简单说相似相容，极性高的分子喜欢溶解在极性高的溶剂中。
溶剂选择：最经典的SN1用质子溶剂（水、醇等等），SN2用极性溶剂（DMSO、丙酮等等）。
熔点和沸点判断：极性分子因为有正负电荷中心，分子间作用力相对非极性分子要大得多，所以一般熔沸点较高。
以上，希望有点用，共同进步，加油！加油！

清风寡欲

1、对于AnBm型 n=1 m>1 若A化合价等于主族数 则为非极性.如:CH4,CCl4,SO3,PCl5
2、若已知键角(或空间结构),可进行受力分析,合力为0者为非极性分子.如:CO2,C2H4,BF3
3、同种原子组成的双原子分子都是非极性分子
4、当中心原子的化合价的绝对值等于该元素的价电子数时，该分子为非极性分子；否则为极性分子。
5、共价键看作作用力，不同共价键看作不等的作用力，根据力的合成与分解，看中心原子受力是否平衡，如平衡则为非极性分子；否则为极性分子。
注意：
极性分子:正电中心和负电中心不重合，键的向量和不为0。
非极性分子:正电中心和负电中心重合，键的向量和为0。

队长是我

对于组成为ABn型的分子
①若中心原子没有d轨道参与杂化，则有孤对电子的分子就是极性分子，如NH3、H2O、H2S、SO2、NO2等；没有孤对电子的分子就是非极性分子，如CO2、SO3、CH4等分子
②若中心原子有孤对电子，配原子在孤对电子的作用下保持平衡，即两个B连在对位上，则该分子为非极性分子，如XeF4，该分子是平面正方形，每个氟原子的对位是氟原子，保持平衡，所以四氟化氙是非极性分子，再比如XeF2分子是直线型，每个F的对位是F，则XeF2是非极性分子，而XeF6、SF4等分子是极性分子

卡卡

对于双原子分子，分子的极性与键的极性是一致的。例如氯气、氧气、氮气等分子，它们都是由同一种元素的原子组成，成键原子的电负性相等，所形成的键为非极性键，因此是非极性分子。而氯化氢、溴化氢等分子，成键原子的电负性不同，电子云偏向电负性大的原子，所形成的是极性键，因此是极性分子。
        对于多原子分子，分子的极性除了与键的极性有关，还和分子的空间构型有关。如果分子中都是非极性键，则分子为非极性分子。如果分子中为极性键，则分子的极性取决于分子的空间构型。例如，二氧化碳，甲烷分子中，虽然都是极性键，但是空间构型不同，因此键的极性相互抵消，它们都是非极性分子。

长长的路

对于双原子分子，看有没有极性键，只要两个原子质子数不同，那么对电子的吸引就会有差异，所以是极性分子。对于多原子分子，判断分子偶极矩是否为0，为0则是非极性分子。由于偶极矩是矢量，所以需要根据分子空间结构来判断是否为极性分子，而判断分子空间结构一般应用价层电子对互斥理论。