29. Характеристика и форма электронных орбиталей.

Орбиталь – пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона. Применительно к электрону можно сказать, что он ведет себя и как частица, и как волна, т. е. обладает, как и другие микрочастицы, корпускулярно-волновым дуализмом (двойственностью). С одной стороны, электроны как частицы производят давление, с другой стороны, движущийся поток электронов обнаруживает волновые явления, например дифракцию электронов. Дифракция – способность волн огибать препятствия, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Атомные орбитали отличаются энергией, размером, формой и положением в пространстве относительно ядра. Согласно квантово-механическим расчетам s-орбитали имеют форму шара (рис. 1), p-орбитали – форму гантели (рис. 2). d-Орбиталь в зависимости от характеризующих ее квантовых чисел может принимать две различные формы (рис. 3), а f-орбиталь – четыре различные формы (рис. 4).

Рис. 1. Форма s-орбитали
Рис. 2. Форма p-орбитали
Рис. 3. Возможные формы d-орбиталей
Рис. 4. Возможные формы f-орбиталей

Орбиталь можно описать с помощью набора квантовых чисел: n – главное квантовое число, l – орбитальное квантовое число, m_l – магнитное квантовое число, m_s – спиновое квантовое число.

28. Ковалентная связь.

Ковалентной называется химическая связь, осуществляемая электронными парами. Соединения с ковалентной связью называют гомеополярными или атомными.

Существуют две разновидности ковалентной связи: полярная и неполярная.

При неполярной ковалентной связи  образованное общей парой электронов электронное облако распределяется симметрично относительно ядер обоих атомов.  В качестве примера могут выступать двухатомне молекулы, которые состоят из одного элемента: Cl₂, N₂, H₂, F₂, O₂ и другие, электронная пара в которых в принадлежит обоим атомам в одинаковой мере.

При полярной ковалентной связи электронное облако смещено к атому с большей относительной электроотрицательностью.  Например молекулы летучих неорганических соединений таких как H₂S, HCl, H₂O и другие.

Образование молекулы HCl можно представить в следущем виде:

Т.к. относительная электроотрицательность атома хлора (2,83) больше, чем атома водорода (2,1), электронная пара смещается к атому хлора.

Помимо обменного механизма образования ковалентной связи – за счет перекрывания, также существует донорно-акцепторный механизм ее образования. Это механизм, при котором образование ковалентной связи происходит за счет двухэлектронного облака одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептора). Давайте рассмотрим пример механизма образования аммония NH₄⁺.В молекуле аммиака у атома азота есть двухэлектронное облако:   

Ион водорода имеет свободную 1s-орбиталь, обозначим это как  .

В процессе образования иона аммония двухэлектронное облако азота становится общим для атомов азота и водорода, это значит оно преобразуется в молекулярное электронное облако. Следовательно, появляется четвертая ковалентная связь. Можно представить процесс образования аммония такой схемой:

Заряд иона водорода рассредоточен между всеми атомами, а двухэлектронное облако, которое принадлежит азоту, становится общим с водородом.