12. Свойства ковалентной связи. Валентные возможности атомов. Гибридизация атомных орбиталей (основные типы гибридизации с примерами). Геометрия молекул. Свойства ковалентной связи
Характерные свойства ковалентной связи – направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость – определяют химические и физические свойства органических соединений.
Направленность связи обусловливает молекулярное строение органических веществ и геометрическую форму их молекул. Углы между двумя связями называют валентными.
Насыщаемость – способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Количество связей, образуемых атомом, ограничено числом его внешних атомных орбиталей.
Полярность связи обусловлена неравномерным распределением электронной плотности вследствие различий в электроотрицательностях атомов. По этому признаку ковалентные связи подразделяются на неполярные и полярные.
Поляризуемость связи выражается в смещении электронов связи под влиянием внешнего электрического поля, в том числе и другой реагирующей частицы. Поляризуемость определяется подвижностью электронов. Электроны тем подвижнее, чем дальше они находятся от ядер.
Полярность и поляризуемость ковалентных связей определяют реакционную способность молекул по отношению к полярным реагентам.
Валентные возможности атомов определяются не только числом неспаренных электронов, но и числом неподеленных электронных пар, способных переходить на свободные ор-битали атомов другого элемента. Поскольку валентные возможности атомов ограничены, важнейшим свойством ковалентной связи является насыщаемость химических сил сродства. За счет донорно-акцепторного механизма увеличиваются валентные возможности атомов. В соединениях NH3 и BF3 азот и бор трехвалентны, в соединении H3NBF3 азот и бор четырехвалентны. Таким образом, валентность атомов зависит не только от количества неспаренных электронов, но и от наличия вакантных орбиталей и неподеленных электронных пар. Из общего количества электронных пар в образовании связи обычно участвует не больше одной.
В таблице ниже представлена краткая характеристика всех типов гибридизации с участием s-, p- и d-орбиталей
Коорд. число |
Тип гибридизации |
Пространственная конфигурация молекулы, центральный атом которой подвергается гибридизации |
Расположение атомов в молекуле |
Примеры соединений |
2 |
sp |
Линейная |
|
BeCl2, CO2, HCN |
pd |
Линейная |
↑ |
|
|
sd |
Угловая |
|
|
|
3 |
sp2 |
Тригональная |
|
BF3, BCl3, NO3-, HgI3-, CdCl3- |
sd2, p2d |
Тригональная |
↑ |
|
|
spd |
Неправильный треугольник |
|
|
|
4 |
sp3 |
Тетраэдрическая |
|
CH4, CCl4, XeO4, HgI4-, BF4- |
pd2 |
Тетраэдрическая |
↑ |
|
|
p3d, pd3 |
Неправильный тетраэдр |
|
|
|
sp2d |
Тетрагональная |
|
[PdCl4]2-, [Pt(NH3)4]2+ |
|
p2d2 |
Тетрагональная |
↑ |
|
|
5 |
p2d3 |
Пентагональная |
|
|
sp3d
|
Пирамидальная |
|
Sb(C6HC5)5 |
|
sp2d2, sd4, pd4, p3d2 |
Пирамидальная |
↑ |
|
|
sp3d
|
Тригонально-бипирамидальная |
|
PF5, PCl5, SbCl5 |
|
spd3 |
Тригонально-бипирамидальная |
↑ |
|
|
6 |
sp3d2
|
Октаэдрическая |
|
SF6, PF6-, SiF62- |
sp3d2 |
Тригонально-призматическая |
|
|
|
spd4, pd5 |
Тригонально-призматическая |
↑ |
|
|
p2d3 |
Тригонально-антипризматическая |
|
|
|
7 |
sp3d3 |
Пентагонально-бипирамидальная |
|
XeF6, IF7, ZrF73- |
8 |
sp3d4 |
Кубическая |
|
PbF48- |
sp3d4 |
Тетрагонально-антипризматическая |
|
TaF83-, Cs4[U(NCS)8] |
|
12 |
sp3d4 |
Додекаэдрическая |
|
K3[Cr(O2) 4], [Sn(NO3)4] |
