ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химическая связь — атомные орбитали из "Современная общая химия Часть 1" 14 мы уже знаем, что углы меж ду связями, частоты колебаний связей, длины связей, энтальпии (или энергии) связей, а также полярности связей во многих случаях довольно характерны для атомов, образующих данную связь, и слабо зависят от остальной части молекулы. При изучении гл. 2—4 мы познакомились с понятием атомных орбиталей, которое позволяет понять свойства изолированных газовых атомов. Возможно, свойства химических связей также удастся объяснить на основе представлений об атомных орбиталях. [c.434] Один из квантовомеханических способов описания химической связи на основе представлений об атомных орбиталях называется методом линейных комбинаций атомных орбиталей. При таком подходе химическую связь между двумя атомами описывают на основании представления о взаимном проникновении, или перекрывании, двух атомных орбиталей — по одной от каждого атома, участвующего в связи. Связи, образуемые в результате перекрывания орбиталей, называют ковалентными связями. Мы не будем здесь заниматься мате.матичеокими выкладками, но все же нам удастся получить нужные результаты с помощью качественных рассуждений. [c.434] Атом Н, ls-орбиталь. Прозрачное облако означает, что на орбитали находится 1 электрон. [c.435] Атом 01, Зр-орбитали. Прозрачное облако соответствует одному электрону на орбитали. Плотные облака соответствуют двум электронам на орбитали. [c.435] Молекула НС1. Связь образована в результате перекрывания s- и р -ор-биталей. Плотные облака соответствуют двум электронам на каждой орбитали. [c.435] Сферические х-орбитали полностью заняты электронами (на каждой орбитали размещаются по 2 электрона), точно так же полностью заняты электронами три взаимио перпендикулярные 2р-орбитали и две из трех взаимно перпендикулярных Зр-орбиталей. Однако на одной из Зр-орбиталей имеется всего один электрон. [c.435] А что произойдет, если подобным образом атомы водорода будут приближаться к атомам серы У каждого атома водорода имеется по одному s-электрону, который находится на сферически симметричной орбитали. У каждого атома серы заполнение электронами орбиталей описывается конфигурацией Is 2s , 2р 3s2, Зр. Две из трех взаимно перпендикулярных Зр-орбиталей оказываются полузаполненными. Если каждая из этих перпендикулярных друг другу орбиталей будет перекрываться с ls-орбиталью атома водорода, заполнение всех орбиталей достигнет предела — по два электрона на орбиталь. Можно ожидать, что в результате две образующиеся связи в молекуле H2S будут расположены под прямым углом друг к другу, поскольку симметрия р-орбиталей такова, что они располагаются перпендикулярно друг Другу (см. рис. 4.3). Экспериментальное значение угла между связями в молекуле H2S равно 93,3°, что довольно близко к предсказанному значению 90°. Попробуйте изобразить схему, подобную приведенной на рис. 15.1, которая проиллюстрировала бы это. [c.436] Какие предположения можно сделать относительно остальных свойств связей, если, например, сопоставить хлористый водород с сероводородом По-видимому, разумно ожидать, что связь в молекуле H I более полярна, чем в молекуле H2S, поскольку ядро хлора имеет больший заряд, чем ядро серы. Следовательно, электроны на перекрывающихся s- и р-орбита-лях должны сильнее притягиваться к ядру хлора в НС1, чем к ядру серы в H2S. Действительно, дипольный момент газообразного сероводорода равен 0,92 Д, тогда как для хлористого водорода он составляет 1,08. Зная углы между связями и соответствующие длины связей — 1,3455 А в H2S и 1,274o А в НС1,— можно подсчитать, что дипольный момент связи в H2S составляет 0,65 Д, что соответствует эффективным зарядам на атомах водорода 0,10 электрона, в то время как на основании проведенных в гл. 14 вычислений мы знаем, что эффективные заряды на атомах в молекуле H I рав1ны 0,176 электрона (см. рнс. 14.1). Это значит, что связь в молекуле НС1 более полярна, как и было предсказано. К аналогичному результату можно прийти и при рассмотрении относительных электроотрицательностей. [c.436] Но даже для того, чтобы мы смогли воспользоваться всеми достоинствами качественного подхода с использованием метода линейных кохмбинаций атомных орбиталей (ЛКАО) или подхода, основанного на более простых соображениях метода валентных связей (ВС), сначала необходимо обсудить три следующих понятия гибридизацию атомных орбиталей, несвязывающие электроны и кратные связи. [c.438] На рис. 15.2, б показано, как выглядит структура молекулы СН4 на основании экспериментальных данных. Все четыре связи С—Н имеют одинаковую длину, энергию, частоту колебаний, полярность и расположены под одинаковыми углами друг к другу. Если они действительно образованы в результате перекрывания орбиталей атома углерода и четырех атомов водорода, каждое такое перекрывание должно быть совершенно идентично с тремя остальными. [c.439] Укажите, какие наборы атомных орбиталей принимают участие в образовании химической связи у молекул Н С12, ВС1з и иона РС . [c.441] При образовании Н С12 возникают две связи Н —С1. И имеет два валентных б5-электрона и вакантные 6)в-орбитали, из которых образуются р-гибридные орбитали, что объясняет линейную структуру молекулы НеСЬ. Для образования ВС1з необходимы три орбитали, у атома В имеются два валентных 2а- и один 2р-электрон, а также вакантные 2р-орбитали в этом случае происходит образование 5р -гиб-ридных орбиталей, что объясняет плоскую треугольную стр т туру ВСЬ. Для образования РСЦ необходимы четыре орбитали, ион Р+ имеет два валентных 3 - и два Зр-электрона и еще две вакантные Зр-орбита-лн и, таким образом, может принять четыре дополнительных электрона в этом случае происходит образование 5р -гибридных орбиталей, что объясняет тетраэдрическое расположение связей в ионе РС14. [c.441] Исследования всех известных химических соединений показывают, что в подавляющем большинстве случаев число электронов, приходящееся на молекулярный вес соединения, оказывается четным. Очевидно, электроны чаще всего входят в химические соединения попарно. Это напоминает нам о том, что на каждой атомной орбитали может располагаться не более двух электронов, а также согласуется с приведенным выше объяснением образования связи в результате перекрывания атомных орбиталей. Когда две орбитали перекрываются, на образующейся при этом связывающей орбитали может размещаться не более двух электронов, так же как и на атомных орбиталях, не вовлеченных в образование связи. [c.442] Другого поведения следует ожидать для электронов, у которых главное квантовое число совпадает с главным квантовым числом связывающих атомных орбиталей. Рассмотреть это интересное явление можно на примере соединений галогенов, перечисленных в табл. 13.4. [c.442] На рис. 15.3 показано, какими структурам1И обладают эти соединения согласно экспериментальным данным. Мы сможем разобраться во всех этих структурах, если предположим, что каждый из периферийных атомов галогенов удерживает восемь электронов с помощью набора 5/7 -орбиталей и перекрывается одной из р-орбиталей с центральным атомом галогена. Каждый из центральных атомов галогенов должен при этом удерживать на своих орбиталях все остальные валентные электроны, а также электроны, находящиеся на перекрывающихся орбиталях, а если имеется больше одного центрального атома галогена, то электроны, расположенные на перекрывающихся орбиталях, следует равномерно распределить по всем центральным атомам. Объяснить строение двухатомных молекул настолько просто, что мы уделим внимание лишь многоатомным. [c.442] О геометрическом расположении соответствующих орбиталей приводит к правильным предсказаниям структуры рассматриваемых соединений. Эти предсказания согласуются с экспери-мангальньши структурными данными, представленными на рис. 15.3, если исходить из предположения, что несвязывающие валентные электроны размещаются на ориентированных в пространстве орбиталях и, следовательно, также оказывают влияние на геометрию молекулы. [c.445] Каждая молекула, рассмотренная на рис. 15.4, обладает четным числом электронов. Число валентных электронов, окружающих каждый атом в этих молекулах, также четно и равно восьми или более. Как неовязывающие, так и связывающие электроны размещаются на валентных орбиталях, которые могут участвовать в гибридизации, и все эти электроны оказывают влияние на результирующую геометрию молекулы. Каждая пара перекрывающихся орбиталей заполняется двумя электронами. Занятые орбитали распределяются по возможности симметрично в пространстве молекулы. Все эти выводы щироко применимы к большинству известных в наше время химических соединений. [c.446] Вернуться к основной статье