ВОПРОС 9. Метод молекулярных орбиталей (ММО).

Известны две теории образования химических связей:

1) Метод валентных связей (МВС).

2) Метод молекулярных орбиталей (ММО).

МВС - основан на представлении о том, что атомы и молекулы удерживаются посредством одной или нескольких электронных пар. Однако, наглядно иллюстрируя образование и структуру многоатомных частиц, не всегда объясняет свойства веществ.

В ряде случаев в образовании химических связей участвуют не электронные пары, а отдельные электроны. Так, в молекулярном ионе Н₂⁺ одноэлектронная связь.

В основе МВС лежат следующие положения:

1) Ковалентная связь образуется двумя электронами с противоположно-направленными спинами, причем эта электронная пара принадлежит двум атомам.

2) Ковалентная связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются взаимодействующие электронные облака.

Метод ВС не объясняет образование одноэлектронной связи, не объясняет роли неспаренных электронов в молекуле кислорода. По методу ВС все электроны должны быть спарены, т.е. молекула О₂ должна быть диамагнитна (выталкиваться из магнитного поля). Однако, молекула О₂, согласно экспериментальным данным, парамагнитна (втягивается в магнитное поле). В ней имеются два неспаренных электрона, с параллельной ориентацией спинов, что противоречит методу ВС.

Наилучшим способом квантовомеханической трактовки химической связи в настоящее время считается ММО, хотя он гораздо сложнее метода ВС и менее нагляден, более математичен.

Смысл метода сводится к трем положениям:

1) Все электроны принадлежат молекуле в целом. Молекула представляет собой единую совокупность атомных ядер и электронов.

2) Каждому электрону в молекуле соответствует молекулярная орбиталь, обозначаемая греческими буквами, соответствующими по звучанию латинским буквам, обозначающим АО.

АО s p d f

МО п б φ

3) Молекулярную орбиталь можно представить как линейную комбинацию атомных орбиталей, т.е. результат их сложения и вычитания. Поэтому, МО - ЛКАО (метод молекулярных орбиталей - есть линейная комбинация атомных орбиталей ), при которой из N АО образуется N МО ( это основное положение метода ), т.е. число АО = числу МО.

Метод МО рассматривает химическую связь как результат распределения электронов в молекуле по ее орбиталям. Молекулярные орбитали заполняются электронами в соответствии:

с принципом наименьшей энергии
с принципом Паули
с правилом Хунда

Образование молекулы водорода с помощью метода МО объясняется следующим образом:

При сближении двух атомов водорода, происходит перекрывание их электронных орбиталей, причем из двух одинаковых 1s-орбиталей образуются две молекулярные орбитали, одна их которых, - от сложения атомных орбиталей, другая от вычитания АО.

Энергия первой орбитали меньше энергии атомных орбиталей, а энергия второй - больше.

Первая молекулярная орбиталь, энергия которой меньше энергии атомной орбитали изолированного атома, называется связывающей ( св.) СМО, а находящиеся на ней электроны - связывающими электронами.

Вторая молекулярная орбиталь, энергия которой больше энергии атомной орбитали, называется разрыхляющей ( разр.) РМО, а электроны - разрыхляющими электронами. Связывающие электроны непосредственно участвуют в образовании химической связи, в то время как разрыхляющие электроны ослабляют ее.

При расчетах МО многоатомных систем (начиная с трех атомных молекул) могут появиться энергетические уровни, лежащие посредине между связывающей МО и разрыхляющей МО. Такие МО называются несвязывающими молекулярными орбитами НМО. В какой-то мере, НМО характеризуют энергию электрона на АО. В целом, имеется четыре типа МО: СМО, РМО, НМО внутренних электронов и НМО валентных электронов. Понятия же СМО и РМО относятся только к валентным электронам.

Энергетическая схема образования молекулы Н₂

Образование молекулы из атомов, с переходом электронов на связывающую орбиталь, сопровождается выделением энергии Е2-Е1.

Но это происходит лишь в том случае, когда спины электронов антипараллельны, если они параллельны, то в соответствии с принципом Паули они не могут разместиться на одной молекулярной орбитали, и один электрон занимает связывающую, а другой - разрыхляющую орбиталь, т.е. ковалентной связи не образуется.

Согласно методу МО, образование устойчивых молекул возможно в случае, если число электронов на связывающих орбиталях больше их числа на разрыхляющих, в этой связи используют понятие о порядке (кратности) связи. Порядок связи зависит от числа электронов, находящихся в связывающих (Nсв) и разрыхляющих (Nраз) молекулярных орбиталях, т.е. это число электронов, участвующих в связи. Если порядок связи равен единице, то связь считают одинарной (простой). Если порядок связи не равен единице, то связь называется краткой. Согласно ММО, образование устойчивых молекул возможно в случае, если число электронов на связывающих орбиталях больше их числа на разрыхляющих.

Порядок связи определяется по формуле.

Nсвязывающих - Nразрыхляющих

ПС = -----------------------------------------------

Для молекулы H₂:

2 - 0

ПС = ------------ = 1

Если порядок связи равен 1, то связь считают одинарной (простой), если порядок связи больше 1, то связь кратная.

Учебное издание

АпановичЗинаида Васильевна

ПРИРОДА ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Методические указания

Ст. корректор Ж.И. Бородина

Компьютерная верстка: З.В. Апанович

Подписано в печать 15.10.2010

Формат 60 x 84/16.Бумага офсетная. Гарнитура. Таймс.

Печать. Riso. Усл.печ.л. 8, 25. Уч.-изд.л. 9, 14

Тираж 200 экз. Заказ №

Учреждение образования

«Гродненский государственный аграрный университет»

Л.И. № 02330/0133326 от 29. 06. 2004.

230008, г. Гродно, ул. Терешковой, 28

Отпечатано на технике издательско-полиграфического отдела

Учреждения образования «Гродненский государственный аграрный университет»

230008, г. Гродно, ул. Терешковой, 28

⇐ Предыдущая 1 23