3350

Например, рассмотрим строение молекулы N2

Связь осуществляется за счет перекрывания 3 - p – электронных облаков вдоль оси x, y и z

Рис. 12. Образование - связи в молекуле N2

Перекрывание электронных облаков происходит вдоль линии, соединяющей центры атомов, а также перпендикулярно линии, соединяющей центры

Рис. 13. Образование - связей в молекуле N2

Как видно, в молекуле N2 между атомами азота осуществляется одна - связь (рис. 12) и две - связи (рис. 13).

73

ся от других связей по прочности и по характеру направленности. Однако эксперименты показали, что все четыре связи в молекуле метана равноценны. Этот и другие подобные факты удалось объяснить при помощи теории гибридизации. Согласно этой теории при образовании молекул происходит изменение формы и энергии атомные орбиталей. Вместо неравноценных, например, s и p – орбиталей образуются равноценные гибридные орбитали, имеющие одинаковую форму и энергию, т.е. происходит гибридизация (смешение) атомных орбиталей. При образовании химических связей с участием гибридных орбиталей выделяется больше энергии, чем при образовании связей с участием отдельных s и p – орбиталей, поэтому гибридизация атомных орбиталей приводит к большему понижению энергии системы и соответственно повышению устойчивости молекулы.

Рис. 15. Форма sp – гибридной орбитали

Гибридная орбиталь по форме отличается от атомных орбиталей. Так, гибридная s и p – орбиталь отличается большей вытянутостью по одну сторону от ядра, чем по другую

(рис. 15).

Электронная плотность в области перекрывания гибридного электронного облака будет больше электронной плотности в области перекрывания отдельно s и p – орбиталей. По-

75

этому связь, образованная электронами гибридной орбитали характеризуется большей прочностью, чем связь, образованная электронами отдельно s - или p - орбитали.

Типы гибридизации s- и p- электронных облаков. Пространственная конфигурация молекул.

1) sp – или q2 – гибридизация характерна, когда в образовании связи участвует 1 s и 1 p- электрон.

Например, рассмотрим строение молекулы BeCl2

При возбуждении атома образуются две гибридных орбитали расположенные под углом 1800 относительно друг друга (рис. 16)

Рис. 16. Схема sp – гибридизации

Молекула имеет линейное строение типа AB2.

2) sp2 – или q3 – гибридизация. Гибридные облака располагаются под углом 1200 в одной плоскости (рис. 17).

При образовании гибридного облака участвует один s и 2 p электрона.

Рис. 17. Схема sp2 - гибридизации

76

Например, молекула BCl3

Молекула имеет форму плоского треугольника.

3) sp3 – q4 – гибридизация осуществляется за счет одного s и трех p – электронных облаков. Облака при этом типе гибридизации располагаются пол углом 1090 28 (рис. 18). 4 гибридных облака направлены из центра правильного тетраэдра к его вершинам. Примером такой молекулы может быть CH4,

CCl4.

Рис. 18. Схема sp3 – гибридизации

Кроме рассмотренных возможны и другие типы гибридизации валентных орбиталей и отвечающие им типы пространственной конфигурации молекул. Комбинация одной s – трех p

– и одной d – орбиталей приводит к sp3d – гибридизации. Это соответствует ориентации пяти sp3d – гибридных орбиталей к вершинам тригональной бипирамиды. В случае sp3d2 – гибридизации шесть sp3d2 гибридных орбиталей ориентируются к вершинам октаэдра. Ориентация семи орбиталей к вершинам пентагональной бипирамиды соответствует sp3d3 (или sp3d2f) – гибридизации валентных орбиталей центрального атома молекулы.

77

Таким образом, направленность химических связей определяет пространственную конфигурацию молекул.

Рассмотрим еще возможные типы возникающих молекул. Молекулы типа AA или AB. К этому типу относятся мо-

лекулы, образованные двумя одинаковыми или различными атомами, между которыми возникает одна одинарная ( - сигма) связь, последняя может быть образована за счет взаимодействия двух s – электронов, по одному от каждого атома (s - s ), двух p – электронов (p - p ) или двух электронов смешанного типа (s - p ) (рис. 19). Такие связи возникают между атомами элементов, имеющих один s – или p – электрон: водород, элементы группы IA (щелочные металлы) и группы VIIA (галогены). Молекулы этого типа имеют линейную форму, напри-

мер, H2, F2, Cl2, Br2, J2, Zi2, Na2, K2, HCl и др.

Рис. 19. Перекрывание s- и p- орбиталей с образованием - связи

Молекулы типа AB2, AB3. Они образуются за счет взаимодействия двух p – электронов атома В и s – электронов двух атомов A. Два непарных p- электрона характерны для атомов элементов VI А группы, т.е. для кислорода и его аналогов (халькогенов).

Электронные облака p- электронов располагаются относительно друг другу под углом 900 по координатным осям x и y.

78

Таблица 7

Пространственная конфигурация молекул ABn

Иными словами, атом водорода в HCl поляризован положительно, а атом хлора отрицательно; на атоме водорода возникает положительный заряд, а на атоме хлора – отрицательный. Этот заряд - называют эффективным, его можно установить экспериментально. Согласно имеющимся данным, эф-

82