Молекула воды, перекрывание орбиталей

Рис. 147. Перекрывание 2s-, и 2рд.-орбиталей атома кислорода с ls-орбиталями двух атомов водорода молекулы воды

Рис. 5-12. Перекрывание связывающих орбиталей в молекуле воды.

Перекрывание валентных орбиталей в молекуле воды [c.110]

Рис. 5-10. Описание молекулы воды в терминах а-перекрывания 2рх- и Зр -орбиталей атома кислорода с 1 -орбиталями атома водорода.

В молекуле ацетонитрила из пяти валентных электронов атома азота один участвует в образовании ст-связи, два — л-связи, а оставшиеся два являются п-электронами (см. рис. 11, <3) [146]. При переходе от пиридина к ацетонитрилу происходит максимальное перекрывание орбиталей, следовательно, дальнейшее увеличение вклада 5-характера связи и изменение типа гибридизации до 8р [147], что приводит к последующему уменьшению энергии водородной связи с водой. [c.36]

Рис. 149. Перекрывание 2р,-орбитали атома кислорода с 1,s-орбиталями двух атомов водорода молекулы воды

Одновалентный атом имеет только одну орбиталь, которая может участвовать в образовании связи, но атомы с валентностью 2 и более должны образовывать связи, используя по крайней мере две орбитали. Так, атом кислорода имеет две наполовину заселенные орбитали, определяющие его валентность, равную двум. Кислород образует простые связи за счет перекрывания этих орбиталей с орбиталями двух других атомов. Согласно принципу максимального перекрывания, ядра этих двух атомов должны образовывать с ядром кислорода угол 90°, так как в образовании связи участвуют р-орбитали кислорода, расположенные взаимно перпендикулярно. Аналогичным образом следовало бы ожидать, что при образовании трех простых связей у атома азота, имеющего три взаимно перпендикулярные р-орбитали, углы между связями должны составлять 90°. Однако в действительности наблюдаемые величины валентных углов отличаются так, в молекуле воды они составляют 104°27, в молекуле аммиака — 106°46 [5], а в спиртах и простых эфирах углы еще больше (табл. 1.5). Этот вопрос будет обсуждаться в разд. 1.11 здесь же важно отметить, что ковалентные соединения действительно имеют определенные углы между связями, и хотя атомы постоянно колеблются, средние положения для каждой молекулы данного соединения остаются неизменными. [c.19]

Атомы кислорода и азота в состоянии хр -гибридизации должны были бы иметь валентные углы 90°, однако, как уже говорилось в разд. 1.3, в молекулах воды и аммиака, а также и в других соединениях кислорода и азота валентные углы намного больше и скорее ближе по величине к углам тетраэдра, т. е. к 109°28, а не к 90° (табл. 1.5). Эти факты привели к предположению, что в указанных соединениях кислород и азот образуют хр -связи, т. е. вместо перекрывания двух (или трех) р-орбиталей с 15-орбиталью водорода гибридизуются 25-и 2р-орбитали, давая четыре р -орбитали из них только две (или три) используются для связи с водородом, а остальные заняты неподеленной парой электронов. Такое описание [c.37]

Возьмем, например, молекулу воды, в которой атом кислорода с электронной конфигурацией 1 2я 2р образует две ковалентные связи с двумя атомами водорода. Предполагая аксиальное перекрывание облаков 2/)д -электронов кислорода и Ь-электронов водорода, будем иметь молекулярную орбиталь, направленную по оси х и заселенную двумя спаренными электронами. То же самое справедливо для 2/7у Электрона кислорода и 15-электрона второго атома водорода. Молекулярная орбиталь направлена по оси у. Видно, что оси двух [c.64]

Для разбавленных металл-аммиачных растворов следует предположить, что электрон связан в некоторой ловушке. Присоединение электрона к одиночной молекуле полярного растворителя с образованием сольватированного отрицательного иона маловероятно, так как соответствующие молекулы не характеризуются положительным сродством к электрону. Кроме того, первая свободная орбиталь молекул воды и аммиака относится к Ззо-типу с существенным перекрыванием заряда с соседними молекулами растворителя. Таким образом, рассмотрение электрона как связанного с одной молекулой растворителя представляется необоснованным. [c.152]

Молекула воды. Для нее характерны —р-связи, образованные 5-орбиталью атомов водорода (шаровая сим.метрия) и р-орбиталями атома кислорода (гантелеобразная форма облаков). Наибольшее перекрывание облаков связующих электронов происходит в направлении оси гантели (рис. 5-7). [c.93]

С позиций метода МО строение молекулы НгО можно объяснить следующим образом. На рис, 147 показано взаимное расположение атомов водорода и кислорода в молекуле воды. Молекулярные орбитали НаО образуются за счет перекрывания 2s-и 2р-орби-талей атома кислорода и ls-орбиталей двух атомов водорода. Характер перекрывания этих орбиталей показан на рис. 148, 149 и 150. [c.311]

Рис. 147. Перекрывание 2х-, 2р .- и 2р .-орбиталей атома кислорода с 15-орбиталями двух атомов водорода молекулы воды

Рис. 111. Перекрывание 45-орбитали атома титана с а-орбиталями молекул воды.

Рис. 152. Перекрывание 2з-, 2рзг, 2рг-орбиталей атома кислорода с 1 -орбиталями двух атомов водорода молекулы воды

Аналогично, шесть внешних электронов кислорода (25 2р ). могут быть описаны с помощью четырех тетраэдрических гибридных орбиталей, причем две из них однократно заполнены, а на двух находятся пары электронов. При этом молекула воды, образованная благодаря перекрыванию 15-орбиталей водорода с двумя однократно занятыми орбиталями кислорода, должна иметь угол между связями, близкий к тетраэдрическому. [c.104]

В качестве примера рассмотрим молекулу воды. Связь двух водородных атомов образуется орбиталями Ь. У кислородного атома электронная конфигурация ]з 2з 2р12р12р1, и так как считается, что связь образуется посредством спаривания электронов, то, по-видимому, будут спариваться р - и р -электроны. На рис. 5-12 показана уг плоскость молекулы воды, орбитали ру и р расположены в этой плоскости взаимно перпендикулярно. Для получения возможно большего перекрывания между 15-орбиталями атомов водорода и р - и р ,- орбиталями атома кислорода необходимо, чтобы атомы водорода подошли к атомам кислорода вдоль осей у и 2. Это дает показанное на рисунке перекрывание, а угол НОН должен быть равен примерно 90°. На самом деле этот угол равен 104°ЗГ такое отклонение от 90° может быть вызвано отталкиванием между двумя атомами водорода, а также некоторым участием в связи 25-электронов атома кислорода. Далее будет видно, что связь можно рассматривать как гибридную зр -связь. Такую же структуру, как у воды, можно ожидать у НгЗ, НзЗе и НаТе. Действительно, сходство между теорией и опытом для этих молекул [c.166]

В молекуле воды угол между связями О—Н равен не 90°, как это можно было ожидать, исходя из угла между осями двух р-орбиталей атома кислорода, а приближается к тетраэдрическому (109,5°) и составляет 104,5°. Вероятно, это можно объяснить зр -гибридизацией (см. гл. 3 3.4) четырех атомных орбиталей кислорода, две из которых содержат неподеленные электронные пары, и, не являясь связывающими, лишь искажают валентный угол И—О—Н. sp -Гиб-ридизация, как отмечалось ранее, способствует более полному перекрыванию гибридной орбитали с орбиталью другого атома и, следовательно, упрочняет связь, что приводит к понижению внутренней энергии системы. Из-за sp -гибридизации всех орбиталей азота и в молекуле аммиака угол Н—N—Н близок к тетраэдрическому и равен 106,5°. Такими углами между полярными связями и значениями электрических моментов их диполей (1,51 10-2 для О—Н и 1,31 10 29Кл м для N—Н ) можно объяснить значения электрических моментов 1,84 10 2 Кл м для молекулы HjO и 1,46 х X 10 2 Кл м для молекулы NH3. [c.116]

Валентными орбиталями кислорода являются 2р п 2р2, которые располагаются по координатным осям, т. е. под углом 90°. При приближении двух атомов водорода, имеюпдих сферическую форму орбиталей к Р — орбиталям кислорода, наибольшее перекрывание происходит по осям X и У. Но вследствие того, что электронная плотность перекрывающихся орбиталей смещена (оттянута) к более электроотрицательному атому — кислороду, между положительно поляризованными атомами водорода происходит отталкивание и расширение валентного угла, этот угол становится равным 104°38. Следовательно, молекула воды угловая (рис. 8). [c.24]

В молекуле НаО два р-электрона атома кислорода образуют две ковалентные связи с двумя 5-электрона-мл двух атомов водорода. Перекрывание орбиталей соответствует схеме, показанной на рис. 230. Пример связи между двумя р-электронами, когда связь направлена по оси двух гантелей, вытянутых по одной прямой, показана на рис. 231. Такая связь, например, наблюдается в молекуле перекиси водорода Н2О2. Таким образом, перекрывание двух сфер (5-5-связь), сферы и гантели (з-р-связъ) и двух гантелей (р-р-связь) имеет то общее свойство, что электронное облако, описывающее вероятностное распределение двух электронов, участвующих в образовании ковалентной связи, симметрично относительно вращения вокруг линии связи. Такого типа ковалентные связи обычно называются ст-связями. В частности, такого типа ст-связи возникают у молекулы воды. [c.194]

Опираясь на упомянутые выше исследования структуры молекул галогенидов, можно представить образование смешанных комплексов как результат воздействия четырех молекул воды на линейную молекулу галогенида. В результате воздействия воды на орбиталы такой молекулы может произойти расширение -электронных облаков ртути, в том числе 22 -гибридного облака (нефелоксетическое действие воды), следствием чего явится более глубокое перекрывание облаков и упрочнение связи галогена со ртутью. И это в тем большей степени,-чем больше поляризуемость иона галогена. Таким образом, большая энергия гидратации галогенида совсем не обязательно должна отвечать высокой энергии присоединения воды, а может быть следствием упрочнения связи катион—галоген под влиянием воды. При этом связь катиона с молекулами воды может оказаться относительно слабой не только по сравнению со связью металл—галоген, но и сравнительно со связью металл—вода в аквокомплексе. В частности, мы полагаем, что в наибольшей степени это может иметь место при гидратации молекул HgJ2. Экзотермичность эффекта гидратации HgJ2 связана скорее всего с упрочнением связи Hg— J под влиянием воды, а не с выигрышем энергии от присоединения воды. Что же до внешнесферной гидратации, то она в случае Нейтральных галогенидов ртути, по всей видимости, связана с некоторым нарушением структуры раствора и поэтому может быть слабо эндотермичной. Это, возможно, и определило знак величин энергии гидратации хлорной и бромной ртути. [c.96]

Доквантовая структурная теория приписывала молекуле воды линейное строение, в то время как экспериментальные данные показали, что угол между связями в молекуле воды составляет 104,5°. Величину этого угла можно объяснить на основании квантовомеханических представлений. Электронная схема атома кислорода 2 2р. Две неспаренные р-орбитали располол ены под углом 90° друг к другу. Максимум перекрывания электронных облаков -орбиталей атомов водорода с р-орби-талями атома кислорода будет в том случае, если связи расположены под углом 90°, В молекуле воды связь [c.98]

Молекулы с неподеленными парами электронов. Рассмотрим различие между связывающими и несвязывающими валентными электронами на примере молекулы воды. Атом кислорода Б основном состоянии имеет электронную конфигурацию 8 28 2р12р 2р у. Неспаренные электроны на рх- и р -орбиталях соединяются с электронами двух атомов водорода, образуя молекулу Н2О. Орбитали рх и Ру расположены в атоме О под прямым углом друг к другу, и можно полагать, что максимальное перекрывание атомных орбиталей будет достигаться при валентном угле Н—О—Н, равном 90°. Однако экспериментально наблюдаемый угол между связями в молекуле воды составляет примерно 104,5°, что намного ближе к тетраэдрическому [c.149]

Принцип максимального перекрывания позволяет приближенно описать строение некоторых простых молекул. Так, когда атом кислорода своими Р ,- и р,.-орбиталями (см. табл. 1.2) перекрывается с 15-орбиталями двух атомов водорода, то образующиеся молекулярные орбитали должны были бы быть перпендикулярны друг другу (рис. 1.7, в) . В действительности образующаяся таким образом молекула воды имеет строение с валентцым углом 104,5°. Не следует удивляться тому, что действительный угол отличается от прямоугольного ведь при рассмотрении линейной комбинации мы не учитывали никаких дополнительных взаимодействий и поэтому могли получить лишь приближенный результат. [c.33]

Электронные плотности были получены из волновых функций, рассчитанных для невзаимодействуюш их молекул НдО и иона Н3О+, для которого принимается плоская треугольная структура (см. раздел, в котором рассматривается пирамидальный угол НОН, стр. 67). Из этих электронных плотностей может быть рассчитано электростатическое взаимодействие между молекулами. Оно определяется ион-ионными членами, одноэлектронными, двух- и трехцентровыми интегралами, а также рядом двухэлектронных, двух-, трех- и четырехцентровых интегралов. Таким образом можно определить кулоновское взаимодействие или электрическую энергию между двумя системами, причем предполагается, что они не взаимодействуют. Однако системы будут поляризовать друг друга и соответствуюш,ие изменения их конфигурации будут вызывать дальнейшее уменьшение обш,ей энергии. Грэи рассматривает три вида этих изменений, вызванных поляризацией а) изменения в межатомных расстояниях, составляюш,их комплекс молекул б) изменения в функциях электронной плотности (электронной поляризации) и в) эффекты обменных сил ковалентного связывания (см. также [100]) в водородных связях Н3О+— HjO. Фактор а можно не принимать во внимание, так как вызываемые им эффекты будут близки к ошибкам в определении межатомных расстояний невозмущенной конфигурации Н3О+ — HgO. Для упрощения трактовки поляризации, указанной в пункте б , примем, что можно пренебречь 1) частичным перекрыванием атомных орбиталей разных молекул и 2) прямым взаимодействием между молекулами воды в комплексе, т. е. диполь-дипольным взаимодействием (см. [58]). Приближение 1 предполагает, что симметричные орбиты (т. е. орбиты, выбранные в соответствии с симметрией og/j для Н3О+ и 2V для Н2О) не смешиваются в молекулярных орбитах друг с другом и ни одна из них не является симметричной орбитой для других молекул воды. Взаимодействие, которым пренебрегли в пункте 2, не включено непосредственно в систему водородных связей 0+ — Н — О и может быть просто добавлено к общей энергии после того, как будет учтено электронное взаимодействие. Подобным же образом можно рассчитать вклад ковалентной [c.86]

В качестве примера рассмотрим молекулу воды. В образовании связи участвуют ls-орбитали двух атомов водорода. У кислородного атома электронная конфигурация Is 2s 2pl2py2pl, и так как считается, что связь образуется посредством спаривания электронов, то, по-видимому, будут спариваться ру- и рг-электроны. На рис. 5-12 показана yz плоскость молекулы воды, орбитали ру и pz расположены в этой плоскости взаимно перпендикулярно. Для получения возможно большего перекрывания между ls-орбиталями атомов водорода и Ру- и рг-орбиталями атома кислорода необходимо, чтобы атомы водорода подошли к атомам кислорода вдоль осей у и z. Это дает показанное на рисунке перекрывание, а угол НОН должен быть равен примерно 90°. На самом деле этот угол равен 104°31 такое отклонение от 90° может быть вызвано отталкиванием между двумя атомами водорода, а также некоторым участием в связи [c.160]

Используем эти принципы для обсуждения строения многоатомных молекул. Например, атом кислорода имеет конфигурацию 1з) 2з) 2рх) (2ру) (2рг). Два неспаренных электрона находятся на орбиталях, направленных под прямым углом друг к другу. Представим себе сближение двух атомов водорода "с атомом кислорода цри образовании молекулы воды. При движении одного атома водорода (скажем, вдоль оси г) 2рг-орбиталь искажается и, наконец, перекрывается с -орбиталью атома водорода. Точно так же -орбиталь второго атома водорода перекрывается с 2руорбп-талью кислорода при этом, чтобы возникло заметное перекрывание, второй атом должен приближаться под углом 90° к первой ОН-<овязи. Другими словами, атом кислорода должен образовывать две связи, расположенные под прямым углом друг к другу, так как при этом получается максимальное перекрывание, а следовательно, образуются самые прочные связи. Однако в действительности угол НОН равен не ожидаемым 90, а 104,5° это различие связано с взаимным отталкиванием атомов водорода. [c.96]

Решение. В молекуле воды восемь валентных электронов шесть от атома кислорода (2х 2р ) и два от двух атомов водорода (по 1х). Молекулярные орбитали воды образуются за счет перекрывания 2 - и 2р-ор-биталей атома кислорода и 15-орбиталей двух атомов водорода. Всего образуется 6 валентных молекулярных орбиталей ( число молекулярных орбиталей во внешнем слое молекулы равно сумме валентных атомных орбиталей составляющих ее атомов). [c.46]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология