3.3.4. Энергия гибридных атомных орбиталей.

Энергия орбитали возрастает по мере удаления электрона от ядра атома (т.е. с увеличением номера электронного уровня). Кроме того, в пределах одного уровня s-электроны находятся ближе к ядру, чем р-электроны. Поэтому для разного типа гибридных АО энергия уменьшается с увеличением вклада s-АО в гибридизованное состояние:

sp³ (25% s-АО) > sp² (33,3% s-АО) > sp (50% s-АО)

Сравнение энергии негибридных и гибридных АО на примере элементов 2-го периода приводит к следующему ряду:

1s < 2s < 2sp < 2sp² < 2sp³ < 2p_x = 2p_y = 2p_z

Ниже показаны относительные уровни энергии атомных орбиталей и распределение на них электронов для атома углерода в основном, возбужденном и гибридизованных состояниях:

3.3.5. Гибридизация атома углерода.

Образование связей атомом углерода сопровождается его гибридизацией:

sp³-Гибридизация атома углерода в молекуле, если он связан с 4-мя атомами, или в карбанионе R₃C:^– (связи с 3-мя атомами и неподеленная пара электронов);

sp²-Гибридизация атома углерода при связях с 3-мя атомами (в молекулах, карбокатионах R₃C⁺ и свободных радикалах R₃C^);

sp-Гибридизация атома углерода, если он образует связи с 2-мя атомами.

3.4. Моделирование атомных и молекулярных орбиталей с использованием прикладных программ.

Прикладные программы (ПП), входящие в состав данного комплекса, предназначены для автоматизации расчетов атомных и молекулярных двухцентровых орбиталей и могут использоваться при изучении строения атома и природы химической связи с позиций квантовой химии.

ПП позволяют представить основные выводы квантово-механической теории в виде доступных для понимания графических образов, а учебные исследования количественных закономерностей в периодичности электронного строения атомов и двухатомных связей способствуют более глубокому усвоению теории строения органических соединений.

Программа, предназначенная для моделирования атомных орбиталей (АО), производит расчеты и построения:

1) атомных (в том числе гибридных) орбиталей в виде контуров электронной плотности;

2) набора гибридных орбиталей атома в различных состояниях: sp³ (четыре АО), sp² (три АО) или sp (две АО) с учетом их пространственной ориентации;

3) значений эффективного заряда атома.

Программа, предназначенная для моделирования молекулярных орбиталей (МО), выполняет расчет и построение:

1) молекулярных орбиталей (связывающих и разрыхляющих);

2) значений интегралов перекрывания;

3) зарядов связываемых атомов.

3.5. Механизмы образования ковалентной связи.

Связь между атомами возникает при перекрывании их атомных орбиталей с образованием молекулярных орбиталей (МО). Различают два механизма образования ковалентной связи.

1) Обменный механизм - в образовании связи участвуют одноэлектронные атомные орбитали, т.е. каждый из атомов предоставляет в общее пользование по одному электрону:

2) Донорно – акцепторный механизм - образование связи происходит за счет пары электронов атома-донора и вакантной орбитали атома-акцептора:

Характеристики ковалентной связи не зависят от механизма ее образования.