ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Распределение электронной плотности в молекулах из "Электронные структуры атомов и химическая связь" Мы рассмотрели химическую связь между атомами с точки зрения одного из ее свойств — насыщаемости. Выяснили зависимость между электронными структурами атомов и их валентностью. [c.152] В дальнейших разделах речь пойдет о характере распределения электронной плотности в молекуле в зависимости от электронных структур атомов. Причем сначала мы рассмотрим характер распределения электронной плотности в пределах отдельных связей, а затем — распределение связывающих электронных пар в объеме молекулы. [c.152] При образовании химической связи в зависимости от электронных структур связывающихся атомов перекрываются в различных сочетаниях 5-, р-, й- и /-электронные облака. Наиболее типичные варианты сочетания р- и -электронных облаков приведены на рисунке 22. [c.153] При сочетании любых электронных облаков перекрывание их происходит таким образом, что при данной длине связи область перекрывания оказывается наибольшей. Такое перекрывание отвечает максимальной прочности химической связи. Наибольшая область перекрывания достигается таким взаимным расположением электронных облаков, при котором общее электронное облако обладает цилиндрической симметрией относительно оси, проходящей через ядра атомов, т. е. все положения облака при любом повороте его вокруг оси совпадают (рис. 23). Естественно, что область перекрывания облаков при цилиндрически симметрично расположенной электронной плотности лежит на оси, соединяющей ядра атомов,— на оси связи. Положение электронных облаков при наиболее выгодном их перекрывании определяет направленность химической связи. [c.153] Выделено положение с максимальной областью перекрытия. [c.154] Химическая связь, при которой общее электронное облако обладает цилиндрической симметрией относительно линии связи, называется а-связью. Из сказанного выше следует, что о-связь должна быть самой прочной химической связью между данными атомами. На рисунке 22 о-связь представлена на схемах 1, 2, 3, 4. [c.154] Перекрывание электронных облаков в соответствии со схемами 5,, 6 на рисунке22 приводит к так называемой л-связи. При я-связи общее электронное облако пары связывающих электронов состоит из двух частей. Одна часть общего электронного облака лежит по одну сторону от оси, проведенной через ядра связанных атомов, другая часть этого облака находится симметрично по другую сторону от оси. Между этими частями проходит узловая плоскость с нулевой электронной плотностью. Таким образом, при я-связи связывающее электронное облако лежит не на линии связи, как при о-связи, а симметрично по обе стороны от этой линии. По обе стороны от линии связи находится и область перекрывания. [c.154] Суммарная область перекрывания в случае я-связи меньше, чем в случае а-связи, что и приводит к меньшей прочности я-связи по сравнению с а-связью. На рисунке 24 приведена схема образования связывающих а и я электронных облаков. Если два атома связаны одной общей парой электронов, то из-за большей прочности а-связи, между такими атомами всегда образуется а-связь. я-связь осуществляется между атомами лишь в том случае, когда два атома связаны двумя или тремя общими электронными парами. Такой случай имеет место, например, между атомами в молекуле азота N3. [c.154] Необходимо отметить, что я-связи с участием х-электро-нов не образуются. В отношении 5---5-связей это очевидно. Невозможность я-связей между 5- и р-электронами или между - и -электронами видна из схем 7, 8 на рисунке 22. На схемах показано, что в указанных случаях отдельные симметричные части суммарного электронного облака соответствуют противоположным по знаку -функциям, что приводит в сумме к нулевому результирующему перекрыванию электронных облаков положительная область перекрывания — верхняя часть электронного облака — равнд отрицательной области перекрывания — нижней части электронного облака. [c.156] Разница в прочности а- и л-связей в кратных связях объясняет типичные химические свойства соединений с кратными связями — их активность в реакциях присоединения по месту кратной связи. [c.157] При реакции присоединения кратные связи превращаются в одинарные, т. е. л-связи превращаются в более прочные а-связи, так как это приводит к выигрышу в энергии. [c.157] Из-за жесткости двойной связи г ис-изомер не может самопроизвольно превращаться в ш/ б-изомер и наоборот. [c.159] Каждый из этих и подобных изомеров — индивидуальное вещество с определенными свойствами. Естественно, что подобный вид изомерии не существует в соединениях, не содержащих кратных, а значит, я-связей. [c.159] Распределение электронной плотности в молекуле зависит не только от характера отдельных связей в ней o s-p. р-р и пр.), но и оттого, как расположены в пространстве связывающие электронные пары. Определенное взаимное расположение связывающих электронных облаков — направленность химической связи — приводит к определенному расположению в пространстве ядер химически связанных атомов, к определенному ядерному скелету данной молекулы. ТВС позволяет объяснять и предсказывать пространственные структуры многих молекул, исходя из электронных структур атомов, составляющих молекулы. [c.159] На рисунке 27, а изображены граничные поверхности 5-, р- и 5р-облаков. [c.162] В соответствии с представлением об р-гибридизации валентных атомных орбиталей в атоме бериллия Ве атом бериллия образует две равноценные химические связи с двумя другими одинаковыми атомами. В случае ВеНа это две одинаковые связи зр—5 (рис. 27, а). [c.162] Соответствующие 5р - и р -гибридизации волновые функции находят подобно тому, как это описано в случае зр-гибридизации. [c.162] В таблице 30 указан вид гибридизации электронных состояний центральных атомов в некоторых молекулах. [c.164] Расположение гибридных облаков. [c.165] Как выяснено при рассмотрении гибридизации электронных состояний в приведенных выше случаях, число гибридных атомных орбиталей АО равно сумме чистых АО, из которых складываются гибридные. Так, зр гибридных АО в атоме две, зр гибридных АО — три и т. д. В таблице 31 показано, какому числу гибридных АО отвечает данный вид гибридизации. [c.165] Вернуться к основной статье