12. Геометрия структур с ковалентным типом связи (гибридизация sp, sp2, sp3)

Гибридизация – это процесс выравнивания орбиталей по форме и энергии.

s-связь – ковалентная связь, образованная за счет перекрывания атомных орбиталей атомных орбиталей вдоль линии связи.

π-cвязь – ковалентная связь, возникающая при перекрывании электронных облаков по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов.

Если в образовании химической связи одновременно участвуют s и p (p и d) одного и того же энергетического уровня то можно вести речь о гибридизации.

Условия устойчивой гибридизации:

• В гибридизации могут участвовать орбитали с близкими значениями энергии, s и p орбитали внешнего энергетического уровня и d орбиталь внешнего или предвнешнего уровня

• Гибридная атомная орбиталь должна более полно перекрываться с орбиталями другого атома при образовании связи

• В гибридизации участвуют орбитали с достаточно высокой электронной плотностью в большинстве случаев это орбитали элементов начальных периодов

• Гибридные орбитали должны быть ориентированы в пространстве таким образом чтобы обеспечить максимальное удаление друг от друга. В этом случае энергия всей системы минимальная.

13. Основы метода валентных связей и метода молекулярных орбиталей.

Основу метода валентных связей составляют следующие положения:

• Ковалентная связь образуется между двумя атомами за счет двух электронов с антипараллельными спинами.

• Связь располагается в том направлении, в котором возможность перекрывания электронных облаков наибольшая.

• Ковалентная связь является тем более прочной, чем более полно перекрываются электронные облака.

Несмотря на свою простоту и наглядность, метод валентных связей имеет ряд существенных недостатков:

1. Не мог объяснить парамагнитных свойств уже известных молекул. Например кислород при температуре – 220 градусов по Цельсию переходит в жидкое состояние, которое притягивается магнитом. Парамагнитные свойства обусловлены наличием хотя бы одного электрона.

2. К моменту создания метода валентных связей доказано существование молекулярных ионов. Однако метод валентных связей не мог объяснить возникновение молекулярных ионов.

Метод МО позволяет описывать важнейшие свойства молекулярных систем:

• Принципиальную возможность образования молекулярных систем.

• Насыщаемость химической связи и состав молекул.

• Энергетическую устойчивость молекул и (соответствующих молекулярных ионов) прочность химической связи.

• Распределение электронной плотности и полярность химических связей.

• Донорно-акцепторные свойства молекулярных систем.

Метод МО основан на следующих правилах:

1. При сближении атомов до расстояния химических связей из атомных орбиталей (АО) образуются молекулярные. Число полученных молекулярных орбиталей равно числу исходных атомных.

2. Перекрываются атомные орбитали, близкие по энергии. В результате перекрывания двух атомных орбиталей образуются две молекулярные. Одна из них имеет меньшую энергию по сравнению с исходными атомными и называется связывающей, а вторая молекулярная орбиталь обладает большей энергией, чем исходные атомные орбитали, и называется разрыхляющей.

3. Молекулярная орбиталь не участвующая в образовании химической связи носит название несвязывающей. Ее энергия равна энергии исходной атомной орбитали.

4. На одной молекулярной орбитали (как, впрочем, и атомной) возможно нахождение не более двух электронов (принцип Паули).

5. Электроны занимают молекулярную орбиталь с наименьшей энергией (принцип наименьшей энергии).

6. Заполнение орбиталей вырожденных (с одинаковой энергией) происходит последовательно по одному электрону на каждую из них.