Орг_Хим_Все лекции_презы

Метод валентных связей

В методе валентных связей (ВС) (он основан на теории резонанса) ковалентная связь рассматривается как результат перекрывания атомных орбиталей, несущих по одному электрону с противоположными спинами.

При этом атомные орбитали сохраняют свою индивидуальность, а пара электронов локализуется в пространстве между ядрами атомов.

Применение метода ВС для описания молекулы сводится к составлению максимального количества резонансных структур и рассмотрению реальной молекулы как гибрида данных структур.

Резонансными, или граничными, называют структуры, отличающиеся только расположением электронов.

Метод молекулярных орбиталей

В методе молекулярных орбиталей (МО) также исходят из допущения, что ковалентная связь образуется в результате перекрывания одноэлектронных атомных орбиталей (АО).

Атомные орбитали здесь не сохраняют свою индивидуальность: вместо них образуется такое же количество орбиталей нового типа, называемых молекулярными орбиталями (МО).

Из двух АО образуется две МО, из четырех АО – че тыре МО, из шести АО – шесть МО и т. д.

Молекулярные орбитали отличаются от атомных тем, что электронные облака окружают ядро уже не одного атома, а двух или нескольких.

Для образования МО необходимо, чтобы атомные орбитали имели соизмеримые энергии, одинаковую симметрию относительно линии связи в молекуле и достаточную для перекрывания пространственную протяженность.

Метод молекулярных орбиталей

Перекрывание двух АО приводит к образованию двух МО.

Ту из них, которая имеет более низкую энергию, чем исходные АО, называют связывающей МО, а другую, которая обладает более высокой энергией, чем образующая ее АО, называют

разрыхляющей, или антисвязывающейМО.

Заполнение молекулярных орбиталей электронами происходит аналогично заполнению атомных орбиталей, т. е. по принципу Паули и в соответствии с правилом Гунда.

Существуют несвязывающие МО, на которых располагаются неподеленные пары электронов.

Строение атома углерода

Атом углерода в основном состоянии имеет два неспаренных электрона (1s22s22p2), но при этом образует четыре ковалентных связи.

Это можно объяснить возможностью перехода 2s-элект-рона на 2p-подуровень (1s22s12p3)

На внешнем энергетическом уровне атома углерода находятся четыре неспаренных электрона: один s-электрон и три p-электрона.

Поскольку химические связи образуются разными валентными электронами, то они должны были бы быть неравноценными.

Например, в молекуле метана CH4 одна связь С–Н образована s-электроном, а три остальные – р-электронами.

В действительности в молекуле метана все связи совершенно равноценны.

Гибридизация атомных орбиталей

Термин «гибридизация» означает «взаимодействие, перекрывание, перемешивание».

При комбинировании нескольких различных по форме и близких по энергии АО образуется такое же количество одинаковых по форме и равных по энергии гибридизованных АО.

Гибридизованные орбитали по сравнению с негибридизованными более выгодны геометрически, так как позволяют увеличить площадь перекрывания с орбиталями других атомов, что ведет к образованию более прочных связей.

Атом углерода характеризуется тремя видами гибридизации с участием s- и р-орбиталей, каждому из которых соответствует определенное валентное состояние атома.

•sp3-гибридизация

•sp2-гибридизация

•sp-гибридизация

sp3-гибридизация

Первое валентное состояние атома углерода

Состояние sp3-гибридизации – результат взаимодействия одной атомной s-орбитали и трех атомных р-орбиталей.

sp3-гибридизация

Состояние sp3-гибридизации характерно для алканов.

Этан

В этане в результате осевого s – sp3-перекрывания образуются шесть σ-связей С–Н, а за счет перекрывания sp3 – sp3-орбиталей – одна связь С–С.

Перекрывание атомных орбиталей вдоль линии, соединяющей центры атомов, называют σ-перекрыванием, а образующуюся в результате связь – σ-связью.

Максимальная электронная плотность при этом находится на оси, соединяющей два ядра.

sp2-гибридизация

Второе валентное состояние атома углерода.

Состояние sp2-гибридизации – результат взаимодействия одной s- и двух р-орбиталей (рx, ру)

sp2-гибридизация

Состояние sp2-гибридизации характерно для соединений с двойными связями.

Этилен

Перекрывание трех гибридных орбиталей каждого атома углерода дает σ-связи (четыре связи С–Н и одну связь С–С).

Кроме того, перекрывание двух негибридизованных p-орбиталей в плоскости, которая перпендикулярна плоскости σ-связи, называют π-перекрываннем, а образующуюся в результате связь – π-связью.

Ее максимальная электронная плотность сконцентрирована в двух областях – выше и ниже оси, соединяющей центры атомов. Необходимо отметить, что π-связь менее прочна, чем σ-связь, и образуется только между атомами, которые находятся в sp- или sp2-гибридизации.

sp-гибридизация

Третье валентное состояние атома углерода.

Состояние sp-гибридизации – результат взаимодействия одной s- и одной p-орбитали (рx)