Гибридизация функций

Лекция э. Гибридизация волновых функций. Донорно-акцепторный и дативный механизм образования ковалентной связи. Образование кратких связей. Сигма-и пи-связи, их особенности. Делокализвванные пи-связи. Лекция 6. Полярная и неполярная ковалентная связь. Э(М)вктивные заряды атомов в молекулах. Ионная связь как крайний случай поляризации ковалентной связи. Свойства ионной связи. Поляризуемость ионов и их взаимное поляризующее действие. Влияние системы поляризации ионов на свойства веществ. [c.179]

Форма возникающих при хр-гибридизации функций показана на рис. П-12. Угол между осями симметрии хр-гибридных функций [c.89]

S- и р-орбиталей, участвующих в образовании связей. Самой лучшей комбинацией будет та, которая соответствует наиболее прочной связи. Однако не совсем ясно, чем измерять силу связи. Кажется разумным принять, что наиболее прочной будет связь, допускающая наибольшее возможное перекрывание между связывающими орбиталями. Это условие называют критерием наибольшего перекрывания, и оно является основой при рассмотрении направленных связей с точки зрения теории валентных связей. sp -Гибридизация. При построении гибридных орбиталей важно, чтобы радиальные части орбиталей данного электронного уровня были приблизительно одинаковы. Это можно видеть при сравнении радиальных частей 2s- и 2р-орбиталей, показанных на рис. 2-8. На основании этого допускают, что гибридная орбиталь может быть построена из угловых частей индивидуальных волновых функций. Например, для четырехвалентного атома углерода это будут четыре связи, описываемые волновыми функциями вида [c.168]

Квантовый расчет, показывающий, что орбитали с различной симметрией в свободном атоме при образовании химической связи принимают одинаковую форму, называется гибридизацией атомных орбиталей. Часто термином гибридизация обозначают расположение электронных облаков в молекуле, соответствующее данному приближенному расчету. Волновая функция гибридной орбитали составляется из волновых функций валентных электронов, умноженных на некоторые коэ( ициенты. Так, волновые [c.91]

Включение -орбиталей делает возможным также осуществление плоской квадратной конфигурации. Из рис. 6 легко видеть, что исключение вертикальных частей (направление г) приводит к четырем орбиталям, направленным под прямыми углами друг к другу в плоскости ху. Исключить вертикальные части можно, если не включать в набор орбиталей, участвующих в гибридизации, функции йг2. И Рг- Четыре результирующие хр -гибридные волновые функции имеют вид [c.47]

По аналогии с тем, как это делается для молекул, введем требование инвариантности гамильтониана относительно поворотов локальных (отнесенных к отдельным атомам) систем координат и гибридизации функций, относящихся к одному атому. Тогда двухэлектронные интегралы будут зависеть только от типов атомов и расстояния между ними, а не от отдельных атомных функций [c.176]

Форма и расположение функции приведены на рис. 11-10. При 5р -гибридизации -функция остается в первоначальном виде и может перекрываться с любой функцией. [c.88]

Для молекулы типа СНз гибридизацию называют тригональной, три гибридные 7-орбитали (обозначаемые как зр ) направлены от центра (атом С) к вершинам треугольника (атомы Н). Для построения ЛМО в линейной молекуле ВеНа и ей подобных используют две гибридные 5р-орбитали, образованные смешением одной 5- и одной р-функций. Эту гибридизацию называют диагональной обе у-орби- али располагаются вдоль одной прямой под углом 180 . -Орбиталь зр, зр или зр ) можно изобразить схематически [c.101]

При расчете молекулы по методу валентных структур исходят из собственных функций фц... предельных структур, которые сравнительно легко могут быть заданы. Собственная функция резонансного состояния получается путем суперпозиции фд.аналогично гибридизации 5- и р-состояний. Тогда ф = 4-йф-Ь сф .... О коэффициентах [c.55]

Однако экспериментально определенный валентный угол в этих молекулах, как правило, несколько больше. Это можно объяснить взаимным отталкиванием не связанных непосредственно между собой атомов, а также гибридизацией атомных волновых функций кислорода или азота (табл. А.9). [c.91]

При рассмотрении гибридизации и теории направленных валентностей вместо функций фг, 1,ь 1,о, <1)2,1,-1 берут их линейные комбинации, имеющие максимальные значения в направлении осей координат х, у, 2, а именно [1, 2) [c.34]

В табл. А.10 для атома углерода наряду с тетраэдрической гибридизацией приведены и другие линейные гибридные комбинации. Прежде всего обратимся к случаю тригональных функций, которые отражают строение радикала СНз. Оси трех а-связей находятся в плоскости ху под углом 120° друг другу (рис. А.36). В молекуле этилена углерод-углеродная и углерод-водородные связи также расходятся к вершинам треугольника (рис. А.37). В этой молекуле существует обычная (однократная) связь, описываемая двумя а-функциями. В то же время происходит образование кратной связи путем перекрывания [c.92]

В качестве второго примера применения метода МО обсудим в общих чертах молекулу СН4, которая уже упоминалась в связи с изучением метода валентных связей, где с привлечением понятия гибридизация для нее получена тетраэдрическая структура. Четыре атомные 1з-орбитали 1 л, -фг, 1 3з, и я )4 четырех атомов водорода можно комбинировать различными способами (табл. А.11). Если атомы водорода расположены по углам тетраэдра, то полученные четыре комбинации (рис. А.41) имеют такую же симметрию, как и четыре атомных состояния , р , Ру, Рг центрального атома углерода. Поэтому при линейной комбинации этих четырех волновых функций углерода с волновыми функциями четырех атомов водорода получается очень хорошее перекрыва- [c.98]

Известно, что если в атоме имеется две или более орбиталей с одинаковой энергией, то уравнению Шредингера удовлетворяет их линейная комбинация (см. стр. 35). При использовании понятия о гибридизации предполагают, что это приближенно справедливо и для орбиталей, энергия которых не равна, но раз,1]И-чается не сильно. Волновые функции гибридных орбиталей представляют собой линейные комбинации орбиталей различных состояний электрона в рассматриваемом атоме. Разберем построение этих функций для наиболее простого случая — гибридизации двух орбиталей атома, скажем, 5- и р ,-орбиталей. [c.163]

Первая показывает контур функции Ч , . (синглетное состояние) с электронами (1) и (2), локализованными на фиксированной оси 2 вторая показывает контур функции (триплетное состояние) на этой оси. Можно видеть, что в обоих случаях есть максимумы для конфигураций, в которых первый электрон находится у ядра, где сама 1 -орбиталь имеет максимум, и второй удален на расстояние, где сама 2р-орбиталь имеет максимум. Из контурной диаграммы для синглетного состояния видно, что те конфигурации, в которых оба электрона находятся по одну сторону от ядра, преобладают, тогда как по контурной диаграмме для триплетного состояния видно, что преобладают конфигурации, имеющие электроны по разные стороны от ядра. В действительности, электроны с одинаковым спином будут иметь максимум вероятности нахождения по разные стороны от ядра на прямой линии, проходящей через ядро, т. е. под углом в 180° по отношению друг к другу. Как нетрудно заметить, тот же самый результат был получен ранее при гибридизации атомных з- и р-орбиталей с образованием двух эквивалентных гибридных хр-орбиталей. Единственное отличие здесь в том, что в данном случае рассматривались атомные конфигурации 1з 2р , а не /гs /гp , которые необходимы для образования эквивалентных гибридных орбиталей. Однако это было сделано только для простоты изложения. Угловая корреляция, которая будет рассмотрена далее, не зависит от того, имеют или не имеют и р-орбитали одно и то же главное квантовое число. [c.204]

Следует иметь в виду, что приведенные на рис. 16 варианты взаимной ориентации химических связей выполняются строго, лишь когда в их образовании участвует система полностью эквивалентных гибридных орбиталей. Эта эквивалентность наглядно видна из приведенной в том же параграфе структуры гибридных зр- и зр -орбиталей составляющие их волновые функции 5- и р-орбиталей входят в гибридные волновые функции с одинаковыми по модулю коэффициентами . Именно такая система полностью эквивалентных гибридных орбиталей более предпочтительна для образования атомом химических связей, если речь идет о связях с одинаковыми атомами. Поэтому структура СИ4 и ССЦ действительно представляет собой правильный тетраэдр с четырьмя атомами Н или С1 в вершинах и атомом С в центре. В случае взаимной ориентации связей с разными атомами или нескольких связей и электронных облаков неподеленных пар электронов возможны различные промежуточные случаи гибридизации. [c.77]

Электронные облака ГО имеют вид асимметричных гантелей (рис. 2.7), расположение их в пространстве легко анализируется путем суммирования векторов исходных функций. Так, если при гибридизации как с1-, так и обе р-орбитали лежат в одной [c.64]

Рассмотренные здесь q+- и -орбитали, составленные из одной У- и одной /7-орбитали, называют. /)-гибридами, а гибридизацию такого типа— . у/7-гибридизацией. При л/ -гибридизации и -орбита ш располагаются вдоль оси (см. рис. 46), поэтому такая гибридизация и называется диагональной. Положительная доля -функций направлена от центра молекулы, положительная доля -функций — к центру. При помощи гибридных орбиталей рассмотренные четыре МО могуг быть записаны как попарная линейная комбинация четырех гибридных орбиталей (рис. 47) [к-33] [c.127]

Гибридные функции могут возникать из s, р и d-функций. Эти случаи гибридизации рассмотрены в [1, 4]. Приведем наиболее часто встречающиеся гибридизованные функции. [c.37]

Одна S и две р-функции (3 соседа) образуют гибридизацию sp (tri), углы между связями 120°. [c.37]

Одна 3, две р и одна -функция (4 соседа) образуют гибридизацию dsp , все связи в одной плоскости под углом 90°, [c.38]

Одна 5, три р и две -функции (6 соседей) образуют гибридизацию d sp , связи направлены к вершинам октаэдра. [c.38]

Остальные случаи гибридизации рассмотрены в [1]. Химические связи, которые образуются в направлении максимума волновой функции, называются а-связями. Эти связи (их волновые функции) не изменяются при повороте на любой угол вокруг направления связи. Кроме того, существуют связи, которые образуют связь не в направлении максимального значения функции, а в перпендикулярном направлении. Такие связи называются я-связями. Они антисимметричны относительно поворота на 180° вокруг направления связи. [c.38]

При зр2-гибридизации волновые функции рг и 3, рж, Ру относятся к разным неприводимым представлениям. Это позволяет выделить я-систему из общей системы валентных электронов и описывать ее независимо от остальных электронов. Хотя такое выделение не является строгим вследствие. приближенности самого метода ССП, тем не менее во многих случаях расчет только я-электронной системы оказывается весьма целесообразным. Он отличается достаточной простотой и дает возможность при соответствующей параметризации добиться хорошего совпадения результатов расчета с экспериментальными данными, что позволяет делать некоторые предсказания относительно физических и химических свойств молекул. [c.96]

Амплитуда колебаний атомных ядер во много раз (пропорцжо-нально квадратному корню из отнощения масс) меньше, чем электронов. Поэтому атомные ядра, принадлежащие данной молекуле, вместе со всеми своими электронами, кроме валентных (т. е. атомные остовы), связанные направленными межатомными связями, представляют собой довольно резко локализованный остов молекулы. Понятно, что форма молекулы зависит от строения остова, которое в свою очередь определяется характером межатомных связей, их направлением. Но, как мы знаем, направление межатомных связей задается той или иной комбинацией атомных орбита-лей, т. е. пространственной конфигурацией соответствующих электронных волновых функций, связанной с симметрией поля сил между атомным ядром и электронами, Так, в результате коаксиальной -гибридизации трехатомные молекулы галогенидов элементов И группы в газообразном состоянии имеют остов линейной формы. Четырехатомные молекулы, например ВРз, благодаря 5р2-гибридизации приобретают остов, в котором все соединяющие атомные остовы три связи располагаются в одной плоскости под углом 120° друг к другу. Тетраэдрическое строение остова пятиатомных молекул типа СН4 и ССЦ обусловлено р -гибридизацией к такой же конфигурации остова молекул приводит х -гибриди-зация.. Существуют также октаэдрическая ( р -гибридизация, плоская квадратная 5/7 -гибридизация, тригональная бипирами-дальная ( 5,о -гибридизация, каадратная пирамидальная 5р -гиб-ридизация и др. [c.84]

В атомах с й- и /-электронами гибридизация приводит к образованию более сложных конфигураций. 11ак правило, при образовании молекул из всех возможных комбинаций в атомах осуществляется такая гибридизация функций валентных электронов, к-рая и приводит к образованию наиболее прочных связей. В иек-рых случаях, однако, оказываются энергетически выгодными условггя, при к-рых электроны образуют связь, оставаясь в раз,личных ва.лентных состояниях. Это прежде всего относится к атому углерода в непредельных и ароматич, соединениях (подробнее см. Молекула, Химическая связь). [c.258]

Более того, квантовомеханические расчеты электронной структуры молекулы метана показали, нто тетраэдрическая конфигурация этой молекулы отвечает наибольшей, по сравнению со всёми другими возможными для нее конфигурациями, электронной энергии. И только благодаря тому, что этой конфигурации соответствует минимум энергии отталкивания ядер, в результате чего полная энергия молекулы (равная сумме ее электронной и ядерной энергий) оказывается все же минимальной, связи С—Н в метане направлены в углы тетраэдра. Таким образом, геометрия молекулы не обусловлена данным типом гибридизации. Последняя лишь устанавливает соответствие между взаимным расположением ядер и пространственным распределением электронной плотности. Но это не единственная, и даже не главная в современной теории строения молекул, функция концепции гибридизации. [c.209]

Гибридные волновые функции имеют небольшое значение по одну сторону от ядра, и большое — по другую. Таким образом, гибридная орбиталь сильно вытянута в одну сторону от ядра, что обусловливает гораздо более сильное перекрывание таких орбита-лей орбиталями электронов, принадлел<ащих другим атомам, чем перекрывание орбиталей 5- и р-электронов. В соответствии с третьим положением метода валентных связей это приводит к образованию более проч1ЮЙ- связи. Поэтому гибридизация приводит к образованию более устойчивых молекул. [c.86]

Гибридизация. До сих пор, в основном, рассматривалось образование химической связи между двумя атомами, поставляющими по од1Юй орбитали с переменным числом электронов. Однако, у большинства атомов в образовании химической связи участвует сразу несколько АО каждого атома. Например, в случае ВеСЬ одна из связывающих МО имеет такой вид, что в ее образовании одновременно участвуют 2з- и 2р -А0 бериллия и Зр -АО каждого атома хлора. Вклады остальных орбиталей равны нулю. Напомним, что орбитали - это обычные математические функции, некоторые из которых могут менять знак в начале координат. [c.135]

Процедура нахождения гибридных орбиталей, составленных из большего числа волновых функций, аналогйчна, только более громоздка. Выражения для различных случаев гибридизации приведены в приложении 7. [c.164]

Гибридизация одной s- и трех р-орбиталей (sp -гибридизация), как уже указывалось, объясняет валентности углеродного атома. Образование sp -гибридных связей характерно также и для аналогов углерода — кремния и германия валентности этих элементов также имеют тетраэдрическую направленность. Может возникнуть вопрос — если гибридные орбитали обеспечивают большую концентрацию электронного облака между ядрами и, следовательно, более прочную связь, то почему они не возникают в НаО л NH3 На да шый вопрос следует ответить, что направленность связей в этих соединениях также можно объяснить sp -гибридизацией. Такой подход является даже более точным, чем изложенный на стр. 161 и 162. Не следует, однако, забывать, что оба подхода являются приближенными. При образовании молекулы HjO атом кислорода люжет приобретать конфигурацию наружного слоя где Ф2, Фз и — sp -гибридные волновые функции верхние индексы указывают количество электронов, занимающих данную орбиталь. Таким образом, две из четырех гибридных орбиталей атома кислорода заняты неспаренньши электронами и могут образовать химические связи угол между этими связями должен составлять 109,5°. Это значение ближе к экспериментальному (104,5°), чем величина 90°, даваемая схемой, рассмотренной на стр. 161. Однако если на стр. 161—162 пришлось объяснять отклонение теоретической величины от экспериментальной для молекулы HjO, то здесь нужно объяснить, почему углы между связями у аналогов воды HjS, HaSe и НаТе заметно отличаются от 109,5°. Это объясняется действием ряда факторов. В частности, в соединениях, содержащих большие атомы, связь слабая и выигрыш энергии в результате образования связи гибридными орбиталями не компенсирует некоторое возрастание энергии s-электронов, обусловленное их переходом на sp -гнбридные орбитали. Это препятствует гибридизации. Кроме того, как показали точные расчеты, при образовании связи Э—Н 25-орбитали кислорода (и азота) сильнее перекрываются с ls-орбиталями водорода, чем 2р-орбита-ли. Для аналогов кислорода, наоборот, сильнее перекрываются р-орбитали. Это обусловливает больший вклад s-состояний (гибридизацию) в образование химической связи в молекуле Н О, чем в ее аналогах. Поэтому валентные углы в H2S, HjSe и НаТе близки к 90°. [c.168]

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]

Примером гетеронуклеарных двухатомных молекул с ядрами, сильно отличающимися по величине эффективного заряда, могут служить молекулы гидридов. Рассмотрим молекулу HF. Электронные конфигурации атомов H[ls], F[l5 2i 2p ]. Потенциалы ионизации ПИ (Н) = = 13,599 эВи ПИ (F) = 17,423 эВ близки, вследствие чего молекулярная ст-орбиталь может быть представлена как линейная комбинация li-орбитали атома водорода и 2р,-орбитали атома фтора, имеющих одинаковые свойства симметрга относительно оси молекулы. Одноэлектронные энергии орбиталей 2i и Ь атома фтора, согласно Слейтеру, равны 40 и 700 эВ соответственно. Поэтому, пренебрегая небольшой гибридизацией за счет 25-орбт али, можно считать, что все электроны фтора, кроме 2р , сохраняют свой атомный характер Is- и 25 Орбитали не комбинируют с li-орбиталью атома Н вследствие большого отличия от нее по энергии, а 2р,- и 2 ,-А0 вследствие отличия от нее по симметрии относительно оси молекулы. Основной вклад в химическую связь в молекуле HF вносит пара электронов на ст-связывающей молекулярной орбитали. Состояние электронов на этой орбитали в приближении МО JII AO описывается волновой функцией [c.131]

Чтобы объяснить октаэдрическую структуру SFg (см. рис. 71), надо принять, что атом серы участвует в соединении не в основном состоянии KL2s 3p 3py Зр., а в возбужденном KL2s3p 2d . Затем допустить, что в поле шести атомов фтора происходит -гибридизация орбиталей шести валентных электронов, и выбрать коэффициенты в гибридной функции так, чтобы шесть осей гибридных 5р -орбиталей были направлены к вершинам октаэдра. Так теория направленных валентностей в методе валентных связей объясняет структуру простейших молекул и их производных. [c.186]

Напомним, что ЛМО — это орбитали молекулы, их не надо смешивать с гибридными орбиталями в методе ВС. В методе ВС часто объясняют геометрию и другие свойства молекул, используя гибридизацию связей. Как показал Йоргенсен, применение гибридизации в методе ВС во многих случаях неоправданно, именно в атомах с зарядом ядра 7> 13,, так как при этом не учитывается, что ns-, пр-к (п—1) г-орбитали у элементов бо льших периодов часто сильно отличаются радиальными составляющими волновых функций максимумы последних далеко отстоят друг ог друга, что делает линейную комбинацию неэффективной. Так, для металлов группы железа средние радиусы атомов для 311-, 4.у- и 4р-состояний относятся, как 1-,3 4. Подробно см. статью Йоргенсена Крах теории гибридизации [30]. [c.253]

Гибридные функции можно найти при помощи вариационного метода. Причем для гибридизации помимо небольшого различия в энергиях исходных орбиталей требуется близость угловых направлений гибридизирующихся орбиталей в местах перекрывания, т. е. эффективное их перекрывание. [c.86]

Одна S и три р-функции (4 соседа) образуют гибридизацию sp3 (tetra), углы между связями 109°28. [c.37]

Одна S и одна р-функция (2 соседа) образуют гибридизацию sp (di), углы мёжду связями 180°. [c.37]

В качественной теории МО получаемые в результате приближенных решений уравнения Шрёдингера молекулярные орбитали многоатомных молекул являются в общем случае многоцентровыми функциями — линейными комбинациями АО нескольких атомных центров. Такое описание не связано прямо с понятием химической связи в структурной теории, где связь представляет собой локальное свойство, относящееся к двум соседним атомам. Можно преобра 5овать атолшые орбитали таким образом, чтобы придать им направленность, характерную для конфигурации образуемых данным атомом химических связей, и на основе этих новых (гибридных) АО подойти к описанию и прогнозированию геометрии молекул. Представления о гибридизации атомных орбиталей были введены в 30-х годах нашего столетия Л. Полингом. Понятие о гибридизации орбиталей тесно связано с понятием [c.381]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология