77. Метод молекулярных орбиталей. Связывающие и разрыхляющие орбитали.

В методе молекулярных орбиталей (МО) к рассмотрению элек­тронной структуры молекулы подходят так же, как и к многоэлек­тронному атому. Логичность использования одной физической мо­дели вытекает из одинаковой природы электронов в атомах и моле­кулах, а также их взаимодействий с ядрами и между собой. Основные принципы метода МО: 1.Молекула рассматривается как совокупность ядер и электронов, где каждый электрон движется в поле остальных электронов и всех ядер. 2.Состояние электрона описывается волновой функцией, характеризуемой определенным набором квантовых чисел. Эта функция называется молекулярной орбиталью (МО). В отличие от одноцентровой атомной орбитали (АО - электрон в поле одного ядра) молекулярная орбиталь в общем случае многоцентровая. Как и для электрона в атоме, квадрат модуля волновой функции определяет плотность вероятности нахождения электрона или плотность электронного облака. 3. Каждой МО соответствует определенная энергия Е. 4. Совокупность МО молекулы, занятых электронами, называется электронной конфигурацией молекулы. Она строится на основе фундаментальных положений - принципа наименьшей энергии (электрон занимает в молекуле свободную орбиталь с наименьшей энергией), принципа Паули (на одной МО не может находиться бо­лее двух электронов, при этом спины их должны быть антипараллельны) и правила Хунда. Следовательно, для описания электронной конфигурации молекулы с 2п электронами требуется п молекулярных орбиталей. Молекулярная орбиталь, образующаяся при подобном взаимодей­ствии, характеризуется уменьшением абсолютной величины волновой функ­ции в межъядерном пространстве по сравнению с ее значением в исходных атомах: на оси связи появляется даже точка, в которой значение вол­новой функции, а, следовательно, и ее квадрата, обращается в нуль. Это означает, что в рассматриваемом слу­чае уменьшится и плотность электрон­ного облака в пространстве между атомами. В результате притяжение каждого атомного ядра в направлении к межъядерной области пространства окажется более слабым, чем в про­тивоположном направлении, т. е. возникнут силы, приводящие к взаим­ному отталкиванию ядер. Здесь, следовательно, химическая связь не возникает; образовавшаяся в этом слу­чае МО называется разрыхляющей, а находящиеся на ней электроны — разрыхляющими электронам и.

78. Водородная связь. Молекулярная и внутри молекулярная водородная связь.

Если атом водорода связан ковалентной связью с каким-либо электроотрицательным элементом, то он может одновременно при­тягиваться к другому атому, имеющему высокую электронную плотность. Энергия такого притяжения составляет 4-40 кДж/моль, т.е. на порядок меньше энергии ковалентной связи. Связь, возни­кающая в итоге, получила название, водородной (Н-связь). Атом водорода имеет очень малый размер и частичный положи­ тельный заряд из-за связи с электроотрицательным атомом. Водородная связь образуется вследствие.внедрения атома водорода в электронную оболочку атома с высокой электроотрицательностью и обычно имеющего неподеленную электронную пару. В качестве таких атомов могут выступать фтор, кислород, азот и, в меньшей степени, хлор и сера Небольшая энергия водородных связей приводит к тому, что они легко возникают и разрушаются. Длина водородной связи заметно превосходит длину ковалентной связи. Так, например, если длина ковалентной связи О-Н составляет 0.97 А, то водородная связь О-Н в воде имеет длину 1.75 А. Чтобы подчеркнуть отличие водородной связи от ковалентной, ее обозначают тремя точками. Водородная связь широко распространена и играет важную роль при ассоциации молекул, в процессах растворения и диссоциации, образования кристаллогидратов и многих других. Образование водородной связи может существенно изменить физические свойства вещества (теплоты плавления и испарения, температуры кипения, вязкость, твердость и др.). Так, например, аномально высокие точки кипения НР, NНз и Н2O объясняются ас­социацией этих молекул в агрегаты за счет водородных связей. Наряду с межмолекулярной водородной связью существует так­же и внутримолекулярная водородная связь. Образование последней возможно при одновременном наличии в одной молекуле электроноакцепторной группы Х-Н и электронодонорного атома У, причем расстояние между атомами Н и У не должно превышать обычной длины водородной связи (1.6-2.0 А). Примером может служить биомолекула салициловой кислоты. Устойчивости такой связи благоприятствует образование шес-тичленного цикла, в котором нет деформации валентных углов. Следует отметить, что только замыкание пяти- или шестичленных циклов удовлетворяет стерическим требованиям возникновения во­дородной связи.