Модель гибридизации атомных орбиталей
Часто химические связи образуются за счет электронов разных орбиталей. Так, у атомов Be(2s12p1), B (2s12p2) иC(2s12p3) в образовании связей принимают участие как s-, так и p-электроны. Удивительно то, что, несмотря на различие форм исходных электронных облаков, связи, образованные с их участием, оказываются равноценными и расположенными симметрично!
В молекулах BeCl2, BCl3и CCl4, например, угол Cl-Э-Clравен 180о, 120о и 109о28’ соответственно:
Как же неравноценные по исходному состоянию электроны образуют равноценные химические связи?
Ответ дает теория гибридизацииорбиталей:
Химические связи формируются электронами не «чистых», а «смешанных», так называемых гибридных орбиталей.Последние являются результатом смешения атомных орбиталей.
Иначе говоря, при гибридизации первоначальная форма и энергия орбиталей (электронных облаков) взаимно изменяются и образуются новые орбитали (облака), но уже одинаковой формы и энергии.
Следует отметить, что это явление не существует как таковое, а является просто наглядной моделью описания молекул.
Гибридизаци одной s-и одной p-орбитали дает две sp-гибридные орбитали, располагающиеся под углом 180о. Поэтому молекула BeCl2 имеет линейную структуру.
Гибридизация одной s- и двух p-орбиталей дает три sp2-гибридные орбитали, расположенные под углом 120о. Именно из-за sp2-гибридизации атома бора молекула BCl3имеет треугольную форму.
Гибридизация одной s- и трех p-орбиталей дает четыре sp3-гибридные орбитали. Здесь уже форма тетраэдра. К примеру, за счет sp3-гибридизации атома углерода в CH4.
|
|
|
Комбинация орбиталей типа одной s-, трех p- и одной d- приводит к sp3d-гибридизации. Это соответствует ориентации пяти sp3d-гибридных орбиталей к вершинам тригональной бипирамиды.
В случаетsp3d2-гибридизации шесть sp3d2-гибридных орбитали ориентируются к вершинам октаэдра.
В случае sp3d3-гибридизации (или sp3d2f) семь sp3d3-гибридных орбитали ориентированы к вершинам пентагональнойбипирамиды.
Пространственное расположение связей и конфигурация молкул:
а) линейная; б) треугольная; в) тетраэдрическая; г) тригонально-бипирамидальная; д) октаэдрическая; е) пентагонально-бипирамидальная
Влияние неподеленной электронной пары на геометрию молекул
Мы рассмотрели правильные формы молекул, однако, согласно экспериментальным данным, чаще встречаются молекулы с несколько иным значением валентных углов.
Валентные углы в молекулах NH3и H2O, например, составляют 107,3о и 104,5о соответственно. Согласно теории гибридизации, центральные атомы этих молекул образуют химические связи за счет электронов sp3-гибридных орбиталей.
У атома С на 4 sp3-гибридных орбитали приходится 4 электрона:
|
|
|
Это определяет образование четырех связей С-Н и расположение атомов водорода молекулы метана CH4 в вершинах тетраэдра.
У атома азота на 4 sp3-гибридных орбитали приходится 5 электронов:
А у атома кислорода на 4 sp3-гибридных орбитали приходится 6 электронов:
Уменьшение валентного угла HЭHв ряду CH4(109о28’), NH3 (107,3о),H2O (104,5о) связано с тем, что орбиталь с неподеленной электронной парой занимает в пространстве больше места, чем орбиталь с одним электроном, и первая как бы сжимает молекулу, сильнее отталкиваясь от обычных sp3-гибридных орбиталей с 1 электроном:
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1217; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!