Общая и Неорганическая химия с примерами решения задач

При образовании молекул, состоящих из разных атомов, образуется ковалентная полярная связь, причем электронные пары смещаются в сторону более электроотрицательного атома. Для оценки полярной химической связи вводится величина дипольного момента, чем больше значение его, тем больше полярность связи ядрами. В результате проведенного расчета было установлено, что образование ковалентной химической связи возможно только лишь в том случае, если спины электронов ориентированы противоположно, т.е. ковалентная химическая связь представляет собой 2-х центровую, 2-х-электронную химическую связь с различной ориентацией спинов.

Е – энергия системы,

r – расстояние между ядрами, ДЕ – энергия диссоциации молекул Н, которую условно можно считать энергией образующейся химической связи

В случае кривой оси (I) не происходит образования химических связей. В случае противоположном (II) наблюдается образование минимума полной энергии, что свидетельствует об образовании ковалентной химической связи. r0 представляет собой межъядерное расстояние. Данный метод был распространен на различные химические соединения: органические, неорганические, комплексные соединения. Метод валентных связей является наглядным поскольку электронная пара может быть представлена в виде черты (валентность).

Многие свойства химических соединений объ-ясняются методом валентных связей, однако метод ВС не объясняет существование, напри-мер, ионов (Н₂⁺) или молекул СО, NO

ВОЗБУЖДЕННЫЕ ВАЛЕНТНОСТИ АТОМОВ

Известно, что многие элементы способны участвовать в образовании нескольких типов химически связей. Это происходит при возбуждении атома и при переходе электрона на сво-бодные вакантные орбитали (p, d, f ).

При столкновении двух атомов Cl c различными ориентациями спинов ē происходит образование соединений с вален-тностью, равной 1.

Таким образом, в рамках метода валентных связей и объясняется возможность образования возбужденных валентностей атомов Cl. По этой же схеме происходит образование возбужденных состояний других атомов.

НАСЫЩАЕМОСТЬ И НАПРАВЛЕННОСТЬ СВЯЗЕЙ В

ПРОСТРАНСТВЕ

Важным свойством химических связей является ее насыщаемость и направление в пространстве, что характеризует строение молекулы. Насыщение химических связей объясняется с позиций запрета Паули. Направление химических связей объ-

ясняется пространственной ориентацией электронных атомных орбиталей. В зависимости от ориентации атомных орбиталей происходит условное деление на орбитали σ и π

Условное обозначение выбирается относительно элементов симметрии. Если элементом симметрии является ось симметрии, такая связь называется σ-связью. Если элементы симметрии – плоскость, то такая связь получила название π-связи.

H₂O      NH₃

HOH = 104°3

HNH = 107°

HOH =104° 30'

Следовало ожидать, что значение валентных углов для этих молекул должны быть равны 90°. Однако, экспериментальные данные показали, что значения этих углов равны (см. выше). Объяснение этого расхождения впервые было получено Поли-нгом введением гипотезы гибридизации.

ГИБРИДИЗАЦИЯ ОРБИТАЛЕЙ

Рассмотрение понятия гибридизации орбиталей, лучше всего понять на примере: бериллия, бора, углерода

4Be 1S22S2

Be → Be*

ΔΕ = 323 кДж/моль

Атом Be, поглощая энергию, переходит в возбужденное состояние. При образовании химических связей происходит смешивание по форме и энергии электронных орбиталей. В результате об-разуется смешанная (гибридная) электронная орбиталь.

Произошло образование новой sp –гибридной орбитали.

При смешивании по форме и энергии двух орбиталей s– и p-типа наблюдается выигрыш в энергии, т.е. понижение энергии по сравнению с s– и р-орбиталями.

При образовании химических связей между s– и p-гибрид-ными орбиталями и 1 S орбиталями для атома Н в случае обра-зования гибрида ВеН₂ вероятность перекрывания электронных орбиталей также увеличивается, что проводит к дальнейшему понижению энергии. Таким образом, при гибридизации и при образовании химических связей, энергия возбуждения компенсируется; общая энергия возбуждения молекул становится меньше по сравнению с энергией изолированных атомов на величину энергии химической связи.

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРИЕНТАЦИЯ

Пространственное направление гибридных sp-орбиталей та-ково, что в результате образуется линейная структура молекулы.

5B      1s22s22p1

sp2 -гибридизация

три Sp2 -гибридизационных атомных орбит образуют плоскостную структуру

молекулы BH3 (плоский треугольник).

6C 1s22s22p2

∆E = 400 кДЖ/моль

При взаимодействии одной 2s орбитали с 3-мя 2p-орбиталями происходит образование четырех новых sp3-гибридных орбита-лей, расположенных друг относительно друга под углом 109°28’. Ориентированы орбитали из центра тетраэдра по его углам. Об-

разуются тетраэдрически построенные в пространстве 4 связи.

CH4

Итак, строение молекул линейное, плоскостное или тетра-эдрическое определяется направлением гибридной орбитали в пространстве.