Пространственная структура молекул.

Так как АО ориентированы в пространстве, то и ковалентная связь характеризуется направленностью. s -связь - это связь, образованная перекрыванием АО по линии, соединяющей ядра взаимодействующих атомов, s-связь возникает при перекрывании s-s, s-p, р-р и d-d орбиталей; обычно она охватывает два атома и является локализованной двухцентровой связью.

p -связь образована перекрыванием АО по обе стороны линии, соединяющей ядра атомов, может образовываться при р-р, р-d, d-d, f-p, f-d и f-f орбиталей.

d-связь образуется при перекрывании d-орбиталей всеми четырьмя лепестками, то есть при перекрывании d-орбиталей, находящихся в параллельных плоскостях.

p- и d- связи могут налагаться на s-связь с образованием кратных связей (двойных и тройных). Например, в молекулах С₂Н₄, СО₂ имеются двойные связи СН₂=СН₂, О=С=О; в молекулах С₂Н₂, N₂ - тройная связь: СН≡ СН, N ≡ N.

Гибридизация АО. При образовании молекул происходит изменение формы и энергии АО. Вместо неравноценных, например, s- и р- орбиталей в молекуле метана СН₄ образуются равноценные (гибридные, смешанные) орбитали, имеющие одинаковую форму и энергию. При образовании гибридных связей выделяется больше энергии, энергия системы понижается и образованная молекула более устойчива.

Гибридизация АО приводит к более симметричному распределению электронной плотности в молекуле. s-р -гибридизация дает две гибридные орбитали, расположенные под углом 180°. Смешение одной s и двух р-орбиталей (sр²-гибридизация) приводит к образованию трех гибридных орбиталей, расположенных друг к другу под углом 120°. sр³ - гибридизация дает четыре связи, расположенные под углом 109°28^/, то есть образующие тетраэдр.

Полярные и неполярные молекулы. В неполярных молекулах центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают, в полярных - нет.

Полярные молекулы являются диполями, имеющими заряды d+ и d-, находящимися на расстоянии 1_Д. Для оценки полярности молекул используют электрический момент диполя μ = 1_д-d. Если связь неполярная, то и молекула неполярная. Если связи, образующие молекулу, полярные, то μ равен векторной сумме электрических моментов диполей связи, и молекула может быть как неполярной, так и полярной. Например, молекула СО₂ (О=С=О) неполярна, хотя связи С=О полярные, так как при сложении происходит компенсация диполей О← С→ О и суммарный электрический диполь молекулы равен нулю. А молекула воды полярна, так как при сложении диполей связей образуется диполь молекулы, не равный нулю:

H

                                     O

H

 

Метод молекулярных орбиталей (ММО). Метод валентных связей не может объяснить некоторые явления и факты, например, парамагнитность молекулы О₂ (то есть наличие неспаренных электронов). ММО является более универсальным методом, в его рамках эти явления объяснимы.

Основные положения метода: электроны в молекулах распределены по молекулярным орбиталям (МО), которые, подобно АО, характеризуются определенной энергией и формой. МО охватывают всю молекулу, то есть являются двух- и более центровыми. В ММО используется линейная комбинация атомных орбиталей (ЛКАО). При этом соблюдаются следующие правила:

Число МО равно общему числу АО, из которых комбинируется МО;

Энергия МО может быть ниже и выше исходных АО;

Электроны МО, как и АО, заполняют в порядке возрастания энергии при соблюдении принципа запрета Паули и правила Гунда;

Наиболее эффективно комбинируются АО с сопоставимыми энергиями и симметрией;

Прочность связи в методе МО пропорциональна степени перекрывания АО.

Связывающие и разрыхляющие орбитали. Если АО атомов А и В обозначить через Ψ _A и Ψ _В, а МО через Ψ _АВ, то согласно ЛКАО Ψ _АВ = а Ψ _A ± в Ψ _В, где Ψ _АВ - волновая функция электрона в молекуле (МО), а и в - коэффициенты, учитывающие долю каждой АО в образовании МО, Ψ _A и Ψ _В - волновые функции электрона (АО) в атомах А и В. При знаке «+» в уравнении получается связывающая МО (s, p, δ ), при знаке «–« - разрыхляющие МО (МО*: s^*, p^*, δ * ).

                 МО    s ^*

  АО                                   АО

                  МО      s

Диаграмма энергетических уровней АО и МО молекулы водорода.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: