Метод молекулярных орбиталей.

Рассмотрим молекулу водорода с точки зрения метода молекулярных орбиталей.

Существуют -орбитали, - орбитали, -орбитали и т.д. Для водородоподобных атомов:

-орбиталь – это волновая функция ,

-орбиталь - ,

-орбиталь - и т.д.,

-орбиталь - ;

-орбиталь – это комбинация функций - это атомные орбитали.

При сближении двух атомов водорода, находящихся в невозбужденном состоянии, -орбитали начинают проникать друг в друга.

Возможны 2 варианта:

1. Если спины электронов антипараллельны, то волновые функции атомов перекрывают друг друга - положительное перекрывание атомных орбиталей - образовании связывающей молекулярной орбитали.

Энергия связывающей орбитали ниже исходных уровней энергии -атомных орбиталей

В соответствии с принципом минимума энергии в молекуле в основном состоянии связывающая молекулярная орбиталь заселена двумя электронами.

Э нергия связи молекулы равна удвоенной разности энергий атомной орбитали и связывающей молекулярной орбитали.

2. Если спины электронов сближающихся атомов водорода параллельны, то волновые функции атомов не перекрываются

Энергия соответствующей молекулярной орбитали, называемой разрыхляющей (антисвязывающей), лежит выше энергии - атомной орбитали на столько же, на сколько ниже ее находится связывающая молекулярная орбиталь

На двух молекулярных орбиталях может находиться от нуля до четырех электронов.

Один электрон на связывающей орбитали соответствует молекулярному иону .

Ион имеет 3 электрона и в соответствии с принципом Паули третий электрон должен размещаться на разрыхляющей орбитали.

Разность между числом электронных пар на связывающих и антисвязывающих орбиталях, приходящаяся на одну связь, называется порядком (или кратностью) связи и является мерой прочности связи. Для молекулы порядок связи равен 1. Экспериментально определенная энергия связи для этой молекулы составляет 436 кДж/моль. Молекулярные ионы и имеют порядок связи ½ и их энергии связи соответственно равны 265 и 17 кДж/моль.

Связывающие и антисвязывающие орбитали, образованные - и -электронами.

М инимальная энергия молекулы достигается лишь при определенном перекрытии атомных орбиталей.

Если АО перекрываются только одним лепестком, то говорят, что в молекуле осуществляется -связь. Связывающие () и антисвязывающие (разрыхляющие) () молекулярные орбитали, образованные -электронами обладают аксиальной симметрией.

Если АО перекрываются двумя лепестками волновой функции говорят об образовании -связи.- и -атомные орбитали образуют как , так и -молекулярные орбитали, совпадающие сами с собой при вращении вокруг оси связи на .

Орбитали двухатомной молекулы.

1. Гомоядерные молекулы соответствуют второму ряду таблицы Менделеева: . Следует заметить, что при образовании молекул перекрытие нижних слоев не дает молекулярной связи.

2. Гетероядерные молекулы.

Молекула фторводорода - простейший случай гетероядерной молекулы.

Э лектроотрицательность (т.е. мера притяжения электронов, которую проявляет атом, участвующий в ковалентной связи) равна 2,1, а - 4,1.

В молекуле атом притягивает электроны значительно сильнее, чем атом и связанные электроны уже не симметрично распределены между атомами, а смещены к атому фтора.

Э лектронная конфигурация атома водорода - , атома фтора -, следовательно перекрытие с водородом идет по одной -орбитали: -взаимодействие - и -орбиталей. Две другие орбитали фтора ( и ) ориентированы перпендикулярно к оси связи и могут образовывать только -связи , для которых у водорода нет подходящих орбиталей. В результате мы получаем схему,

где и - связывающая и разрыхляющая (антисвязывающая) молекулярные орбитали и не измененные орбитали фтора - , и - несвязывающие орбитали.

Связывающие - орбитали заселены двумя электронами, и эти электроны имеют большую вероятность пребывания у атома , чем у атома . Это означает, что связывающая орбиталь должна более походить на атомную -орбиталь , чем на -орбиталь , т.е. вклад первой из них в молекулярную -орбиталь должен быть больше, чем второй. Поэтому атом несет на себе некоторый отрицательный заряд, а атом - такой же по величине положительный заряд и молекула фторводорода представляет собой диполь , где , - это степень ионности.

Если , то имеем ионную связь, которая является предельным случаем ковалентной связи.

Если молекула будет симметричной и это соответствует предельному случаю чисто ковалентной связи.

Все гетероядерные молекулы обладают дипольным моментом, который может быть измерен экспериментально.