Основы химии
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
°ние попарно двух рхорбиталей и двух рyорбиталей. Причем, область перекрывания рхорбиталей находится на линии, связывающей центры двух атомов. При этом образуется spx-px связь. Область перекрывания двух рyорбиталей лежит в плоскости (xy), т.е. в плоскости перпендикулярной линии связывающей центры кислородов. Образуется ppy-py связь. Это показано на рис.4.10.
2n=1 p s
Pz
Py
Px spx-px
ppy-py связь
Рис.4.9. Рис.4.10. Образование s- и pсвязей в молекуле О2.
В молекуле N2 образуется две pсвязи. Наряду с spx-pxсвязью и ppy-pyсвязью образуется вторая ppz-pzсвязь. Эта связь образуется в результате перекрывания pzорбиталей обеих атомов азота имеющих тоже по одному неспаренному электрону с противоположными спинами.
ppz-pz
N spx-px N
ppy-py
pсвязь вторичная после sсвязи. Она образуется в том случае, когда уже имеется sсвязь. Отдельно pсвязь между двумя атомами не существует. pсвязь как дополнительная менее прочная, чем sсвязь. Возможность образования pсвязи обеспечивает насыщаемость ковалентной связи и приводит к тому, что между двумя атомами могут быть не только одинарные, но и двойные и тройные связи.
Гибридизация связи. Направленность связи. Геометрическая конфигурация молекул.
Валентными являются электроны не только одного подуровня, орбитали которых имеют одинаковую форму, а и разных подуровней с различной конфигурацией электронных облаков. Например, атомы бария и углерода имеют валентные электроны, находящиеся на 2s и 2p-подуровнях (бор 2s22p1; углерод 2s22p2). В образовании связи принимают участие одновременно s- и p-электронные облака имеющие различные конфигурации. Следовательно, должны образовываться разные по прочности химические связи, т.к. при взаимодействии с другими одинаковыми атомами полнота перекрывания будет разной.
Рассмотрим образование молекулы СН4. В возбужденном атоме углерода валентные электроны располагаются на 2s12p3, т.е. по одному на каждой орбитале. (рис.4.4.).
При взаимодействии атома углерода с водородом образуется четыре ковалентных связи. Перекрывание электронных облаков водорода с р-облаками углерода происходит по полосам р-облаков, а s-облако углерода с s-облаком водорода может перекрываться в любом месте, т.к. все направления равноценны. При этом, площадь перекрывания s-облака у углерода с водородом будет отличаться от площади перекры
вания р-облаков. Следовательно, в молекуле СН4 один атом водорода будет иметь иную прочность связи, чем остальные три, чего практически не бывает. Все четыре атома водорода в молекуле метана неразличимы, имеют одинаковую энергию связи. Напрашивается вывод: все четыре облака в возбужденном атоме углерода имеют одинаковую форму и плотность. Эта идея привела к возникновению теории гибридизации.
В основе теории гибридизации лежит идея преобразо-
Рис.4.11. Расположениевания электронных облаков центрального атома перед его
валентных электроноввзаимодействием с другими атомами. В результате такой
в возбужденном атомеперестройки электронные облака центрального атома раз-
углерода.ные по форме и плотности преобразуются в новые
(гибридные) облака одинаковой формы и плотности.
Так, у атома углерода в результате перестройки s-облако за счет своей плотности и частично плотности р-облаков приобретает форму односторонней гонтели. Аналогично все р-облака за счет своей плотности и остаточной плотности s-облака становятся такими же по форме и плотности.(рис.4.12.).
Pz sp-гибридизация
Py
S
Px
гибридизация ps- гибридизация
ps- гибридизация
ps- гибридизация
Рис.4.12. Перестройка (гибридизация)-электронных облаков атома углерода.
В данном преобразовании учавствуют одно s-облако и три р-облака, поэтому такая перестройка называется sp3-гибридизацией. Как видно из рис.4.12. в результате гибридизации не только изменяется форма облаков, изменяется также взаимное расположение облаков, увеличиваются углы между новыми (гибридными) орбиталями. Гибридное состояние атома приобретает своеобразную геометрическую конфигурацию, которая и предопределяет геометрическую структуру молекулы.
Н Н
С Н
Н Н С Н
Н
Н
Рис.3.13. Конфигурация молекулы СН4.
После гибридизации атом углерода (рис.4.12.) получил четыре гибридных sp-облака. После взаимодействия с водородом образуется четыре одинаковых сигма sp-гибридных связи. (рис.4.13.). Молекула СН4 приобретает конфигурацию тетраэдра.
Так как гибридные облака имеют большую вытянутость в одну сторону от ядра, чем в другую, то химическая связь, образованная гибридными облаками более прочна, чем связь, образованная отдельными облаками, например, s- и p-облаками. Гибридизация связана с энергетическим выигрышем в результате образования более прочных связей и более симметричного распределения электронной плотности в молекуле.
Рассмотрим другие типы гибридизации. sp-гибридизация. В преобразовании участвуют одно s- и одно р-облако и гибридные sp-облака становятся линейно расположенными (рис.4.14.)
S
sp-гибридизация гибридные облака
P
исходные 1800
облака
Рис.4.14.