Гибридизация и пространственная направленность химических связей

Гибридизация и пространственная направленность химических связей [c.142]

Распределение электронной плотности в молекуле зависит не только от характера отдельных связей в ней (б- или л-связей), но и от того, как расположены в пространстве связывающие электронные пары. Определенное взаимное расположение связывающих электронных облаков, называемое направленностью химической связи, приводит к определенному расположению в пространстве ядер химически связанных атомов. Пространственная направленность ковалентной связи характеризуется углами между образуемыми связями, которые носят название валентных углов. Для объяснения пространственного строения молекул используется представление о гибридизации валентных орбиталей в данном атоме в процессе образования им химических связей. [c.114]

Вопросы для самопроверки 1. Что такое химическая связь Каковы причины ее образования 2. Какие количественные характеристики химической связи известны Как влияет на тип связи электроотрицательность элементов 3. Какая химическая связь называется ковалентной Виды ковалентной связи. Как метод валентных связей (ВС) объясняет образование ковалентной связи Какие свойства ковалентной связи известны 4. Как метод ВС объясняет постоянную ковалентность кислорода и фтора и переменную ковалентность фосфора, серы и хлора 5. В чем сущность гибридизации атомных орбиталей Какие виды гибридизации атомных орбиталей известны Как влияет гибридизация атомных орбиталей на пространственную структуру молекул 6. Какая химическая связь называется кратной Что такое а-и п-связь Электроны в каких состояниях принимают участие в образованип а- и п-связи 7. Какие молекулы называются полярными и какие неполярными Что служит мерой полярности молекулы В каких единицах выражают дипольный момент 8. Что такое ионная связь и при какпх условиях она возникает Обладает ли ионная связь направленностью и насыщаемостью 9, В чем сущность метода молекулярных орбиталей (МО) Какие молекулярные орбитали называются связывающими и какие разрыхляющими 10. Какая химическая связь называется металлической 11. Как химическая связь определяет свойства веществ Приведите примеры соответствующих соединений. [c.18]

Если в состав молекулы входит несколько атомов, то их пространственное расположение определяется направленностью химических связей, которая зависит от ориентации атомных орбиталей в стабильном или в возбужденном атоме (гибридизация), вступающем в реакцию. В результате взаимодействия атомов могут образоваться молекулы не только линейные, но и плоские или пространственные. Простейшие слу.чаи образования молекул различной конфигурации рассмотрим на примере образования соединения с водородом элементов II периода системы Д. И. Менделеева, допуская для упрощения, что различие в злектроотрицательности не влияет на форму и симметрию орбиталей, а также не учитывая частных свойств гибридов бора (димер B Hg) и бериллия [(BeH.J ]. В табл. 22 приведены структуры молекул водородных соединений элементов 2-го периода и их геометрическая характеристика. [c.81]

Существует еще одна возможность использования симметрии конкретной задачи для оцределения орбиталей со специфическими пространственными свойствами — так называемых гибридных орбиталей. На основе концепции орбитальной гибридизации Полинг [13], показал, что существует возможность построения таких линейных комбинаций атомных волновых функций водородоподобного типа, которые полностью эквивалентны орбиталям, ориентированным в различных направлениях. Например, при описании химической связи в молекуле метана при помощи орбиталей, локализованных на связях С—Н, необходимо предположить, что четыре эквивалентные орбитали направлены от атома углерода к верщинам правильного тетраэдра, в которых находятся атомы водорода. Общий способ построения гибридных орбиталей на основе использования теории групп сформулировал Кимбалл [14]. Поясним этот способ на примере, когда атом поставляет на образование молекулы шесть эквивалентных орбиталей. С такой ситуацией мы встречаемся при интерпретации свойств комплексных соединений. [c.144]

Огромное число химических соединений (например, практически все органические молекулы) образованы ковалентными связями, которые являются направленными. Благодаря этому молекулы с ковалентной связью имеют вполне определенное геометрическое (пространственное) строение. Геометрию (структуру) молекул в первую очередь определяют электронные конфигурации атомов, образующих молекулу для объяснения структуры многих молекул оказывается очень важным понятие гибридизации атомных орбита-лей (зр , зр , зр и др.). Структура молекул, в свою очередь, определяет полярность молекулы (не путать с полярностью отдельной химической связи ), количественно выражаемую диполъным моментом. Для оценки полярности связи очень полезным оказалось понятие электроотрицательности (ЭО) атомов. Л. Полинг определил ЭО как способность атомов в молекуле притягивать электроны. [c.31]

Моделирование химической связи заключается, например, в наглядном пространственном представления того или иного рода связи в виде перекрывания соответственно направленных облаков, образующих связь электронов, и изображения возникающей при этом формы общего электронного облака молекулы. Так, простая ковалентная связь между двумя атомами водорода изображается как следствие перекрывания двух электронных облаков с антипараллельными спинами, так что в их перекрывании по прямой, соединяющей ядра атомов, электронная плотность максимальна (см. рис. 19), или например, модель двойной связи в молекуле этилена (5/7 -гибридизация) [см. рис. 20 и 21], или модель тройной связи в молекуле ацетилена ( р-гибридизация) [см. рис. 22 и 23]. [c.315]

Химическая связь в Карбонилах металлов обусловливается сближением атомов металла с атомами углерода в лигандах СО. Движение электронов между этими атомами изменяется в сторону увеличения электронной плотности в пространстве между ними. При этом электроны частично обобществляются, т. е. становятся общими для атомов металла и углерода. Электронные облака перекрываются в зависимости от симметрии увеличенной электронной плотности по отношению к прямой, соединяющей ядра атомов, и образуют а- или л-связи (рис. 1). Форма облаков претерпевает определенные изменения образуются гибридные орбитали, причем их характерной особенностью является растянутость электронного облака в направлениях, обусловленных пространственным расположением лигандов СО. Именно гибридизация является причиной прочных связей в карбонильных соедине ниях металлов, [c.11]

Двухкоординационные соединения. Обычно координационное число кислорода равно двум, и в большинстве своих соединений он образует две простые связи, как, например, в воде, эфирах, спиртах и т. д. Во всех таких соединениях имеются две пары несвязывающих электронов, которые играют роль в стереохимии. Существует несколько объяснений того положения, что угол X—О—X-связи более близок к тетраэдрическому, чем к 90 прямой угол можно было бы ожидать, если бы кислород использовал для образования связей две чистые р-орбитали. В соответствии с одним из этих объяснений, предполагается, что гибридизация орбиталей кислорода приближается к тетраэдрической 5р . Таким образом, как и в случае трехвалентных соединений азота, неспаренные электроны не распределены симметрично около атома кислорода, а занимают пространственно направленные гибридные орбитали. Углы К—N—К в соединениях КзМ, по-видимому, всегда меньше 109° предполагается, что это является следствием большего отталкивания между несвязывающими электронными парами и электронами связи, чем отталкивание между электронами двух связей это явление в свою очередь объясняют тем, что электроны связи концентрируются в основном в направлении химических связей. Какова степень правдоподобности этого объяснения, не ясно, но тем не менее в некоторых соединениях кислорода углы между связя.ми даже превышают 109°, как это иллюстрируют следующие примеры 0С12 (- 113°), (СНз)20 (ИГ) и озон (127°). Следует отметить, что нет достаточных оснований предполагать, что центральный атом имеет тенденцию образовывать четыре эквивалентные 5р -гибридные орбитали и что все отклонения углов от точных тетраэдрических должны являться следствием влияния других сил. Если все четыре орбитали исполь- [c.200]

Кроме длины и энергии важными характеристиками химической связи являются насыщаемость и направленность. Однако эти свойства присущи лишь ковалентной связи. Ионная связь, природа которой обусловлена ненасыщенным и пространственно симметричным электростатическим полем центрального иона, ненасыщена и не имеет какого-либо определенного направления. Насыщаемость ковалентной связи выражается в ограничении числа валентных связей, которые может дать данный атом. Например, азот притягивает три атома водорода с образованием молекул ЫНз, молекул же МН4, ЫН5 и т. д. не существует. Согласно квантово-механическим соображениям в образовании связи могут участвовать только неспаренные электроны атома число их определяет валентность элемента. В простых случаях число неспаренных электронов в атоме находится с помощью принципа Паули и правила Гунда, в более сложных рассматривается возможность гибридизации волновых функций. Направленность связей объясняет стереохимию молекул, которая начала развиваться после того как Ле-Бель и Вант-Гофф (1874) выдвинули важнейший тезис о тетраэдрическом расположении валентностей углерода. [c.18]

Следует отметить, что при соответствующем подборе параметров для взаимодействий неэлектростатической природы все модели приводят к относительно хорошему согласию рассчитанных свойств с опытными. Наилучшей из них, по нашему мнению, является четырехполюсная модель Бьеррума [326], согласно которой электрические заряды молекулы воды расположены в вершинах тетраэдра. Два отрицательных полюса созданы избытком электронной плотности в местах расположения неподеленных пар электронов, а два положительных созданы ее недостатком в местах расположения протонов. При этом строение электронного облака молекулы воды не зависит от ее изотопного состава. Указанная модель согласуется с моделями, полученными на основе теории молекулярных орбита-лей, распределения электронной плотности и других. Тетраэдрическая направленность в размещении электрических зарядов связана с распределением электронной плотности на четырех гибридных 5/ -орбиталях. В подобной тетраэдрической конфигурации угол Н—О—Н должен быть равен 109°. Уменьшение этого угла примерно на 4° обусловлено различием в отталкивании электронных пар на связывающих и несвязывающих орбиталях. 8/) -Гибридизация изменяет также пространственное расположение тех пар электронов кислорода, которые не принимают непосредственного участия в образовании химической связи в молекуле воды. Они располагаются на противоположной стороне атома кислорода таким образом, что в целом заряды расположены в вершинах тетраэдра. [c.160]