ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Углерод-водородная связь из "Новые воззрения в органической химии" Электронная конфигурация такого возбужденного атома углерода отвечает, таким образом, схеме 1 252р 2р 2рг ( 5-состояние). Для такого возбуждения надо затратить около 80—100 ккал [1,2] (Стюарт [3], а также Коулсон [4] приводят величину 96 ккал), т. е. для самопроизвольного осуществления такого перехода необходимо, чтобы процесс создания связи сопровождался соответствующим выигрышем энергии. [c.35] Орбита имеет наибольшую концентрацию и протяженность в одном направлении, например по оси х вдоль направления связи. Вторая, третья и четвертая 5р -электронные орбиты проявляют аналогичный максимальный связывающий эффект в том случае, если все они расположены друг относительно друга под углом 109° 28. [c.36] У кремния, германия и олова гибридизация также ведет к атомным орбитам тетраэдрической конфигурации. [c.36] Тетраэдр в качестве модели атома углерода уже давно предложен Вант-Гоффом и ЛеБелем (см. стр. 84). Поэтому утверждалось, что изложенное выше математическое доказательство тетраэдрической структуры атома углерода значительно запоздало. Хотя это и правильно, но, с другой стороны, такая оценка все же несправедлива. Во-первых, атомная физика и ее математический вспомогательный аппарат развились лишь в начале нашего столетия, так что раньше этого доказательства нельзя было дать. Во-вторых, сейчас мы можем понять сущность атомной связи углерода и понять, почему именно атом углерода в основном четырехвалентен, почему его связи направлены тетраэдрически и почему он стремится сохранить это тетраэдрическое расположение. При таком подходе выведенная на основании атомной теории тетраэдрическая структура атома углерода является блестящим доказательством надежности и применимости современных взглядов для решения основных проблем органической химии. [c.37] На одной из гиЬридизованных орбит (//, рис. 10) находятся оба электрона, ранее составлявшие неподеленную электронную пару и находившиеся в состоянии 3 . На другой гибридизованной Зхр -орбите находится теперь электрон, необходимый для спаривания с 15-элек-троном атома водорода (рис. 10). [c.37] Оба электрона, находяпшеся на орбите //, создают заметный атомный дипольный момент с правильным направлением Это является также выраи ением того, что гибридизованная электронная орбита в отличие от ее компонент не центросимметрична. Кроме того, в результате гибридизации происходит определенное ориентирование — локализация электронных орбит в направлении осей, соединяющих ядра атомов, образующих связь. Тем самым наблюдается некоторое приближение к более старому представлению Льюиса и Лэнгмюра. [c.38] При образовании молекулы водорода также можно допустить гибридизацию 1 s-орбиты с 2р-орбитой и последующее перекрывание этих обеих гибридизованных электронных орбит вместо двух простых s-орбит. Это является иным выражением для имеющейся в этом случае поляризации атомных 1 s-орбит у каждого из ядер. Эти гибридизованные орбиты более сильно ориентированы и перекрываются сильнее, чем невозмущенные ls-орбиты. То же относится, конечно, и к молекуле Lia- Отсюда можно заключить, что, ,чистые S- или сг-связи вообще не существуют. Наилучшая приближенная волновая функция для описания электронного состояния этих связей это гибридизации s- и р-орбит. Таким орбазом, гибридизация становится одним из важнейших вспомогательных средств для описания состояния связи вообще. [c.38] Дальнейшие доказательства тетраэдрической структуры атома углерода получены в результате ряда физических исследований. Об этом, например, говорят результаты измерений инфракрасных спектров поглощения, дипольных моментов, анизотропии рассеянного излучения, а также рентгеновские и электронографические измерения. Расстояние между ядрами углерода и водорода в метане равно 1,09 A. Тетраэдрические углы следует считать относительно жесткими и мало изменяющимися, что подтверждается также результатами новейшего квантовомеханического рассмотрения этого типа связи (см. стр. 36). В химическом отношении молекула метана с ее заполненной октетной оболочкой в значительной мере напоминает строение инертного газа. [c.38] В результате технически важной реакции дегидрирования получают ненасыщенные соединения. В других случаях (которые будут рассмотрены позднее) атомная связь С—Н, например в группе СН , приближается к поляризованному, квазиионному состоянию Hf H (гиперконъюгация, г-сопряжение). В некоторых веществах подобную кислотность связи С—Н можно обнаружить даже непосредственно. Этот простой пример показывает характерное для органической химии разнообразие поведения в реакциях как выражение присущего соответствующему веществу определенного типа связи. Теоретический расчет атомной связи С—Н действителен лищь для метана. Замещение одного, двух или трех атомов водорода в метане, например на атомы хлора, ведет не только к появлению связи нового типа С—С1, но оказывает влияние и на характер связи с углеродом оставшихся атомов водорода. Так например, можно сравнительно легко удалить из хлороформа имеющийся в нем атом водорода с разрывом связи С—Н. Примерами являются реакция Теломеризации, образование фосгена при стоянии хлороформа на свету и в присутствии кислорода и др. [c.39] Теоретическое истолкование связей, интересных с точки зрения органической химии, должно быть очень гибким (гибридизация ), учитывать всю молекулу в целом, окружающую среду, агрегатное состояние, а в процессе реакций — и все условия их протекания. До осуществления этого еще далеко, и эксперимент по-прежнему остается основой химического исследования и мышления. На это следует указать с особой настойчивостью. С другой стороны, теоретические знания помогают овладеть огромным фактическим материалом, поэтому целесообразно использовать их там, где это имеет смысл. Для этого, однако, необходимо глубокое знание теории, уверенное применение ее с учетом нынешних границ. [c.39] Вернуться к основной статье