11. Ковалентная химическая связь. Особенности ковалентной связи: направленность и насыщаемость (приведите примеры).

Ковалентная связь — химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) парывалентныхэлектронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака (электроны) называются общей электронной парой.

Направленность связи обусловлена молекулярным строением вещества и геометрической формы их молекулы. Углы между двумя связями называют валентными.

Насыщаемость — способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Количество связей, образуемых атомом, ограничено числом его внешних атомных орбиталей.

12. Понятие о гибридизации атомных орбиталей и его применение для описания конфигурации молекул и ионов. Приведите примеры соединений.

Сущность гибридизации атомных орбиталей состоит в том, что электронмолекулы вблизи выделенногибридная орбиталь атомногибридная орбиталь ядра характеризуется не отдельной атомной орбиталью, а линейной комбинацией атомных орбиталей с различным значениями азимутальногибридная орбиталь и магнитногибридная орбиталь квантовых чисел. Такая линейная комбинация называется гибридной (гибридизированной) орбиталью. Как правило, гибридизация затрагивает лишь высшие и близкие по энергии занятые атомные орбитали свободногибридная орбиталь атома. Например, для атомов элементов второгибридная орбиталь периода периодической системы типичная форма гибридной орбитали- линейная комбинация 2s-орбиталии 2р-орбиталей,,с численными коэффициентами.

Гибридные орбитали обладают более низкой симметрией, чем составляющие их атомные орбитали. Так, распределение электронной плотности, отвечающее указанной гибридной орбитали , смещено отатомного ядрав направлении векторап с координатами ; векторп является осью симметрии гибридной орбитали (рис. 1). При изменении ориентации в пространстве осей координат коэффициенты линейной комбинации могут изменяться, однако остается постоянным отношение сумм квадратов коэффициентов для данного значения азимутального квантового числа. Это отношение определяет тип гибридной орбитали.

Например, орбиталь относится к типуs^ap^b, где а и b- числа, подобранные так, чтобы . Обычно принимаюта — 1, b = 1, 2 или 3.

Как правило, гибридные орбитали данного атомавмолекуле относятся к одному типу, который называют типом гибридизации атома. Так, атом N в молекуле аммиака имеет гибридизацию атомных орбиталей типа sp³, атом С вмолекулеэтилена - sp²-гибридизацию, атом С в молекулеацетилена - sp-гибридизацию. Это дает основание отождествлять тип гибридизацииатомавмолекулес символом его некоей гипотетической электронной конфигурации.

Обычно система гибридных орбиталей строится таким образом, чтобы для разных орбиталей одногибридная орбитальатомаинтегралы перекрывания были равны нулю. Кроме того, каждая орбиталь вмолекулелибо остается негибридизированной атомной орбиталью, либо выбирается гибридизированной по определенному типу. Этим требованиям удовлетворяют несколько наборов орбиталей. Например, атом О вмолекулеН₂О можно считать как sp²-, так и 5р³-гибридизированным.

Оси симметрии всех орбиталейобычно образуют симметричную фигуру (см. рис. 2). Операции симметрии этой фигуры переводят гибридные орбитали одногоатомадруг в друга. Такие гибридные орбитали называют эквивалентными. Например, линейная комбинация четырех валентных атомных орбиталейатомаС приводит к четырем 5р³-гибридным орбиталям, оси симметрии которых по отношению друг к другу расположены под углом 109,5°, т.е. направлены по углам тетраэдра (рис. 2, в).

Рис. 1. Гибридная орбиталь, образованная из 2s- и 2р-атомных орбиталей; х, у, z- координатные оси, п-ось симметрии.

Рис. 2. Система гибридных орбиталей5р"-типа (1, 2, 3, 4); о, б, в соответствуют п = 1, 2, 3. Оси симметрии негибридизированных атомных орбиталей изображены отрезками. Стрелками указано направление смещения электронной плотности.

Представление о гибридизации атомных орбиталей используется для изучения закономерностей изменения электронной плотности молекулы вблизи какого-либо атомного ядрав зависимости от его окружения, то есть позволяет установить связь между электронным строением молекулы и ее структурой. При этом возможны различные подходы к анализу этой связи. Если известно геометрическое расположение атомных ядер, расчет волновой функции молекулы можно свести к изучению парных взаимодействий соседних атомов.

Отклонение конфигурации молекулы от симметричной связывают с взаимодействием химических связей (напр., с отталкиванием пар электронов, образующих связь). В такой форме представления о гибридизации атомных орбиталей используются в стереохимии.

Понятие о гибридизации атомных орбиталей введено в химию Л. Полингом в 1931.