Атомные орбитали и их расположение в пространстве

Особенности микромира. Основные положения квантовой механики. Квантование энергии. Корпускулярно-волновой дуализм. Принцип неопределенности. Волновая функция. Атомная орбиталь. Вероятность и плотность вероятности. Квантовые числа. Энергия, форма и расположение в пространстве атомных орбиталей. [c.17]

Рассмотрим электрон, расположенный на МО нейтральной молекулы, в тот момент времени, когда он находится вблизи ядра некоторого атома т. В этой области пространства потенциальное поле создается, в основном, ядром атома тп и находящимися вблизи электронами. Поскольку молекула в целом нейтральна, притяжение между рассматриваемым электроном и каким-либо другим ядром п приблизительно компенсируется отталкиванием между рассматриваемым электроном и электронами, находящимися вблизи ядра п. Значит, вблизи ядра движение электрона будет приближенно таким же, как и в отсутствие остальных атомов. Поэтому в орбитальном приближении МО вблизи ядра тп должна быть похожа на одну из АО этого атома. Поскольку АО имеют существенные значения только вблизи своих ядер, можно приблизительно представить МО Фi в виде линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО) отдельных атомов. Такое представление Ф получило название приближения МО ЛКАО. [c.106]

По мере сближения ядер растет величина интеграла перекрывания и тем самым уменьшается вклад в общую электронную плотность первых двух слагаемых, соответствующих исходным атомным орбиталям. В то же время последний член увеличивается. Это слагаемое имеет наибольшее значение в пространстве между ядрами, где и могут быть одновременно достаточно велики. Таким образом, происходит как бы концентрирование электронной плотности в пространстве между ядрами. В соответствии со сказанным в начале параграфа, если значительная часть электронного облака оказывается расположенной в области связывания и возникает система с энергией ниже энергии разъединенных протона и атома Н, образуется химическая связь. Поэтому молекулярная орбиталь а является связывающей. [c.57]

По мере сближения ядер растет величина интеграла перекрывания и тем самым уменьшается вклад в общую электронную плотность первых двух слагаемых, соответствующих исходным атомным орбиталям. В то же время последний член увеличивается. Это слагаемое имеет наибольшее значение в пространстве между ядрами, где и могут быть одновременно достаточно велики. Таким образом, происходит как бы концентрирование электронной плотности в пространстве между ядрами. В соответствии со сказанным выше, если значительная часть электронного облака оказывается расположенной в области связывания и возникает система с [c.63]

Так, при комбинации атомных 5- и р-орбиталей ( р-гибридизации) возникают две гибридные орбитали, расположенные относительно друг друга под углом 180 (рис. 20). Смешение одной 5- и двух р-атомных орбиталей ( р -гибридизация) приводит к образованию трех гибридных орбиталей, расположенных друг к другу под углом 120° (рис. 21). Взаимодействие одной 5-и трех р-атомных орбиталей сопровождается р -гибридизацией, при которой четыре гибридные орбитали симметрично ориентированы в пространстве к четырем вершинам тетраэдра, т. е. расположены под углом 109°28 (рис. 22). [c.50]

Ковалентная, как и донорно-акцепторная, химическая связь образуется между атомами, расположенными в пространстве относительно друг друга определенным образом — направленно. Это вызвано необходимостью наибольшего перекрывания волновых функций (атомных орбиталей) электронов, образующих связь, что должно приводить к минимальной энергии системы. По-видимому, [c.53]

Трехмерная структура молекул. Одна из особенностей многоатомных молекул состоит в том, что они характеризуются определенным пространственным строением, в котором зафиксировано относительное расположение в пространстве ковалентно связанных атомов. Как уже было сказано, связь между атомами образуется в результате взаимодействия атомных орбиталей. [c.15]

Поскольку атомная орбиталь имеет строгую направленность в пространстве, то наиболее прочная связь образуется при определенном расположении взаимодействующих атомов именно в этом случае будет достигаться наиболее полное перекрывание орбиталей. Любое искажение молекулы за счет смещения атомов от этого наиболее выгодного положения уменьшает эффективность перекрывания орбиталей, что приводит в конечном счете к ослаблению связи. Только приняв во внимание относительную ориентацию в пространстве 2р-орбиталей, мы можем грубо предсказать геометрию некоторых простых молекул. [c.16]

Кажущееся противоречие с проведенным выше рассмотрением возникает потому, что пространственное расположение р-электронных облаков мы привязывали к вполне определенным образом выбранным декартовым координатным осям Ясно, что, если повернуть такие оси в пространстве, то ничего в характере решения не изменится Таким образом, возникает вырождение относительно вращения декартовых осей в пространстве Строго говоря, для свободного атома решение должно иметь вид бесконечной суммы (соответствующим образом нормированной) решений, отвечающих всем возможным расположениям локальных связанных с атомом декартовых осей координат по отношению к внешней (лабораторной) декартовой системе При любом объединении атомов в молекулу такое бесконечное вырождение снимается и реально обнаруживаются свойства направленности атомных орбиталей, в том числе и гибридных [c.48]

Для этого рассмотрим совокупность атомов, образующих данную молекулу, и окружим каждый атом сферой такого размера, чтобы на границах атомные функции основного состояния убывали практически до нуля Расположим все атомы подобно их расположению в молекуле, но таким образом, чтобы указанные сферы лишь касались друг друга Решение квантово-механической задачи дпя такой модели можно проводить, как указывалось в гл 1, разделив все пространство на участки (в данном случае на окружающие атомы сферы и промежутки между ними) Тогда в каждой области решение будет соответствовать данному набору атомных орбиталей [c.237]

Образование молекулы благоприятно при расположении электрона в области между ядрами, когда он одновременно находится в поле действия обоих ядер Иными словами, молекулярная орбиталь отличается по размерам, форме и другим характеристикам от исходных атомных орбиталей и охватывает пространство обоих ядер Это связывающая молекулярная орбиталь Если электрон находится в основном вне пространства между ядрами, то общая энергия системы больше энергии исходных атомов, это разрыхляющая молекулярная орбиталь [c.46]

Ковалентная, как и донорно-акцепторная химическая связь образуется между атомами, расположенными в пространстве друг относительно друга определенным образом — направленно. Это вызвано необходимостью наибольшего перекрывания волновых функций (атомных орбиталей) электронов, образующих связь, что должно приводить к минимальной энергии системы. По-видимому, чем сложнее конфигурации атомных орбиталей, тем больше возможно вариантов их взаимных перекрываний. [c.57]

От нее зависит внутренняя структура вещества, а следовательно, и его свойства. Поэтому вопрос о расположении в пространстве атомных орбиталей и об их взаимном влиянии требует дополнительного рассмотрения. [c.59]

Теория кристаллического поля добилась особого успеха при описании комплексов переходных металлов, в которых внешние электроны находятся на -орбиталях. Теория рассматривает поведение пяти -орбиталей центрального атома в электрическом поле, создаваемом лигандами, различно расположенными в пространстве. Хорошо известно, что в отсутствие внешних полей все пять -орбиталей вырождены, т. е. имеют одинаковую энергию. Помещение атомных -орбита-лей в электрическое поле, создаваемое лигандами, вырождение частично или полностью снимает, и уровни расщепляются. Основная задача, таким образом, состоит в изучении расщепления в зависимости [c.210]

Из этого принципа, однако, не следует, что движение электронов в атоме совсем произвольно. Напротив, электроны должны находиться во вполне определенных областях пространства, расположенных вокруг атомного ядра. Эти области, заменившие первоначальные боровские орбиты, обычно называют орбиталями. Такие области образуют некоторые замкнутые пространственные слои вокруг ядра, которые принято называть оболочками. Электроны вокруг ядра образуют оболочечную структуру. На каждой оболочке может находиться только вполне определенное число электронов. Если атом не возбужден, то электроны, вообще говоря, занимают оболочки по порядку, начиная с самой внутренней. Оболочкам, начиная с самой внутренней, присвоены порядковые номера 1, 2, Зит. д. Номер наружной оболочки, в которой еще имеется злектрон, соответствует номеру периода таблицы Менделеева, в котором расположен элемент данного атома. [c.162]

Степень бокового перекрывания двух атомных 2р-орбиталей, а следовательно, и прочность л-связи максимальна, если два атома углерода и четыре атома водорода расположены строго в одной плоскости, т. е. если они копланарны, поскольку только в этом случае атомные 2р-орбитали точно параллельны одна другой и поэтому способны к максимальному перекрыванию. Любое отклонение от копланарного состояния вследствие поворота вокруг ст-связи, соединяющей два атома углерода, приведет к уменьшению степени перекрывания и соответственно к снижению прочности л-связи л-связь, таким образом, способствует сохранению плоскостности молекулы. В этом заключается теоретическое объяснение давно известного явления препятствия вращению вокруг двойной углерод-углеродной связи. Распределение л-электронов над и под плоскостью молекулы, т. е. за пределами оси углерод-углеродной связи, означает существование области отрицательного заряда, готовой к взаимодействию с любыми электронодефицитными реагентами (например, с окислителями). Неудивительно поэтому, что реакции с такого рода реагентами наиболее характерны для двойной углерод-углеродной связи (ср. разд. 7.1). Таким образом, классическая картина двойной связи заменяется моделью, согласно которой две связи, соединяющие атомы углерода, не только не идентичны, но и различны по природе, прочности и расположению в пространстве. [c.18]

Поскольку неподеленная электронная пара находится под влиянием только одного атомного остова, она в максимальной степени стремится заполнить пространство вокруг этого атомного остова. Поэтому в отсутствие других электронных пар она занимала бы сферическую орбиталь, симметрично расположенную вокруг атомного остова. Однако если присутствуют другие электронные пары, степень заполнения пространства вокруг остова будет ограничена. Это положение иллюстрируется на [c.54]

Вследствие ортогонального расположения атомных р-орбиталей узловые плоскости образовавшихся л-орбиталей вдоль межъядерной липии должны пересекаться под прямыми углами. Это приводит к тому, что максимум электронной плотности каждой электронной пары лежит в плоскости нулевой электронной плотности другой пары. Кроме того, на основании рассмотренных геометрических представлений (см. разд. 3,6), согласно которым в случае двух одинаково заполненных р-орбиталей суммарное распределение электронной плотности характеризуется круговой симметрией относительно оси третьей р-орбитали, следует считать, что две одинаково заполненные л-орбитали будут приводить к электронному распределению с круговой симметрией относительно межъядерной линии. Из этого следует, что л-обо-лочка тройной связи имеет форму цилиндрического слоя, причем внутреннее пространство вдоль межъядерной линии имеет очень незначительную плотность л-электронного облака (см. рис. 8). В то же время вдоль этой оси электронная плотность ст-компоненты связи будет наибольшей. [c.35]

Гибридизация атомных орбиталей обусловливает также и более симметричное распределение электронной плотности в молекуле. Так, при комбинации атомных 5- и р-орбиталей (вр-гибри-дизации) возникают две гибридные орбитали, расположенные относительно друг друга под углом 180° (рис. 11.9). Смешение одной 5- и двух р-орбиталей (яр -гибридизация) приводит к образованию трех гибридных орбиталей, расположенных друг к другу под углом 120° рис. 11.10). Взаимодействие одной 5- и трех р-орбиталей сопровождается яр -гибридизацией, при которой четыре гибридные орбитали симметрично ориентированы в пространстве к четырем вершинам тетраэдра, т. е. расположены под углом 109 1 (рис. 11,11). [c.43]

По современным представлениям, в атоме отсутствуют определенные ( боровские ) орбиты электронов имеется лишь вероятность нахождения электрона в том или ином месте вблизи ядра. Под термином атомная орбиталь (или атомная орб1Ита ) понимают элемент объема, вероятность нахождения лектрона в котором равна единице. Форма и расположение орбитали в пространстве описывается определенной волновой функцией (эту функцию также называют атомной орбиталью). [c.68]

Одним из способов описания связей в комплексных соединениях является метод валентных связей [5], предложенный и разработанный главным образом Полингом [6]. Согласно этому методу, ряд орбиталей центрального атома, число которых равно числу лигандов, способны к образованию координационной ковалентной связи с орбиталями лигандов. Далее вводится критерий максимального перекрывания орбиталей, которое обеспечивает наиболее сильную ковалентную связь. При этом исходные атомные орбитали должны быть гибридизованы в новый набор эквивалентных орбиталей, которые обладают определенными пространственными свойствами. Так, набор четырех тетраэдрических орбиталей строится из одной 8- и трех р-орбиталей. Б табл. 2.1 приведены наиболее важные комбинации атомных орбиталей для координационных соединений и их расположение в пространстве. Это ир о-странственное расположение орбиталей определяет и геометрию соответствующего комплекса. Вводится также понятие об относительной силе связи в зависимости от угла, под которым орбиты перекрываются. Сила нен аправ-ленной связи, образованной х-орбиталями, принимается равной единице. В октаэдрических комплексах (или комплексах с координационным числом и[есть) шесть гибридных орбиталей идентичны, за исключением того, что различно их направление в пространстве, заданном прямоугольной систедюй [c.54]

В диаграммах Румера штрихи, повторяем, харак теризуют связи отдельных орбиталей (причем, не обя зательно атомных), тогда как химические структурные формулы отображают межатомные связи различной кратности. Далее, классические структурные формулы определяют индивидуальные химические соединения с определенными свойствами и с определенным распределением валентностей атомов по химическим связям. Вещества, отвечающие разным структурным формулам, обладают разными ядерными конфигурациями, т. е. различным расположением атомов в пространстве. Диаграммы Румера определяют базис для описания состояний электронной подсистемы молекулы при фиксированной и одинаковой для всех диаграмм ядерной конфигурации, т. е. все диаграммы соответствуют одному и тому же соединению. [c.166]

Представление о Г. а. о. используется для изучения закономерностей изменения электронной плотности молекулы вблизи к.-л. атомного ядра в зависимости от его окружения, т.е. позволяет установить связь между электронным строением молекулы и ее структурой. При этом возможны разл. подходы к анализу этой связи. Если известно геом. расположение атомных ядер, расчет волновой ф-цнн молекулы можио свести к изучению парных взаимод. соседних атомов (см. Валентных связей метод. Молекулярных орбиталей методы). Для такого расчета выбирают одну из возможных систем ГО и располагают ее в пространстве так, чтобы обеспечить макс. перекрывание отдельных пар ГО разных атомов. Другой подход применяется в неэмпирических методах квантовой химии, в к-рых все взаимод. атомов в молекуле учитываются одновременно и волновая [c.545]

Каждому подуро<вню соответствуют атомные орбитали характерной формы, определенным образом расположенные в пространстве. -Подуровню соответствует. 9-орбиталь, имеющая шаровую симметрию, а / -подуровню три р-орбитали. р-Орбитали имеют форму двойных эллипсоидов ( пространственных восьм-ерок ) и расположены вдоль трех взаимноперпендикулярных координатных [c.68]

Вспомним, что при р-АО в атомах соответствующих элементов ориентированы в пространстве по различным осям координат (рис. 3-1), их обозначение р -, ру и р . При сближении атомов между собой будут перекрываться только однотипные р-орбитали (т. е. расположенные вдоль одноименных осей координат). Например, в молекуле N2 в одну общую МО между собой будут комбинироваться два атомных электрона 2рх (по одному 2рд -электрону от каждого атома N). Двухэлектронное 2рд.-облако также имеет осевую симметрию и также будет обозначаться через о-МО. Условная запись (а2рх) — молекулярная орбиталь образована двумя Р 1-электронами, находившихся на энергетическом уровне L (п ° = 2). Электроны (ру + Ру), а также (р -f р ) одного и того же энергетического уровня также могут взаимно перекрываться, образуя МО. Однако отвечающие им электронные облака [c.107]

Орбиталь состоит из двух частей, внутренней сферы, и внешней оболочки р-орбитали также имеют две части, или доли, расположенные на противоположных сторонах ядра атома углерода. В метане эти четыре атомные орбитали гибридизуются с образованием четырех тетраэдрически расположенных зр -орбиталей, которые приблизительно имеют форму р-орбиталей. Математическими выводами теории валентности показано, что примесь 25% -характера должна удлинить одну долю р-орбитали и уменьшить другую кроме того, расчет приводит к выводу, что четыре гибридные орбитали должны быть ориентированы в пространстве тетраэдрически. Связь С—Н возникает при перекрывании каждой из этих орбиталей с 15-орбиталью атома водорода. [c.12]

Комбинация.фА(2ру)—фв(2Р5,) [см. рис. 6.5 (IV)] дает разрыхляющую молекулярную орбиталь, обозначенную я 2р. Эта орбиталь имеет более сложную форму, так как кроме узловой плоскости, содержащей ось молекулы, имеет также узловую плоскость, расположенную под прямым углом к этой оси и пересекающую ее посередине между ядрами. Для я -орбитали характерно Удаление заряда из межъядерного пространства, что приводит к увеличению отталкивания ядер. В соответствии с этим я -орбиталь на энергетической диаграмме расположена выше, чем я-орбиталь (см. рис. 6.2). Смешивание атомных 2рг-орбита-лей приводит к образованию двух аналогичных молекулярных орбиталей связывающей (я 2р) и разрыхляющей (яг2р). [c.67]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология