- •Тема 1. Периодическая система и строение атомов
- •Темы 2-3. Химическая связь. Строение вещества в конденсированном состоянии
- •Метод валентных связей
- •Теория гибридизации
- •Метод молекулярных орбиталей
- •Тема 4. Скорость химических реакций, основные понятия термодинамики
- •Обратимость химических реакций.
- •Смещение химического равновесия
- •Химическая термодинамика
- •Тема 5. Растворы
- •Способы выражения концентрации растворов
- •Коллигативные свойства растворов
- •Тема 6. Растворы электролитов
- •Сильные электролиты (уравнения диссоциации)
- •Слабые электролиты (уравнения диссоциации)
- •Теория сильных электролитов
- •Теория слабых электролитов
- •Ионные уравнения реакций
- •Тема 7. Равновесия в растворах, протолитическое равновесие, гидролиз солей Диссоциация воды. Водородный и гидроксильный показатели
- •Произведение растворимости
- •0,01 Моль 0,01 моль 0,01 моль
- •Гидролиз солей
- •Описание гидролиза как обратимого процесса
- •Тема 8. Окислительно-восстановительные реакции и электрохимия
- •Метод электронного баланса
- •Метод полуреакций (электронно-ионного баланса)
- •Электрохимические процессы
- •Электродные потенциалы
- •Гальванические элементы
- •Аккумуляторы
- •Электролиз
- •Тема 9. Химическая связь в комплексных соединениях
- •Координационная теория Вернера
- •Номенклатура комплексных соединений
- •Диссоциация комплексных соединений
- •Природа химической связи в комплексах
Метод молекулярных орбиталей
Химикам известно довольно много объектов, химическое строение которых в принципе не может быть описано с позиций МВС.
Пример №1. Известно, что молекулярный ион H2+ - устойчивая частица. Каким образом здесь осуществляется ковалентная хим. связь, если в данной частице присутствует только 1 электрон?
Пример №2. Простейший бороводород BH3 не существует, т.к. в момент образования он мгновенно димеризуется в молекулу B2H6. Каким образом здесь осуществляется ковалентная хим. связь, если каждый атом водорода одновалентен, а каждый атом бора должен быть трехвалентным (у бора 3 валентных электрона)?
Пример №3. По МВС молекулы О2 не должна содержать неспаренные электроны. Такие молекулы должны проявлять диамагнитные свойства (выталкиваться из магнитного поля). Эксперимент показывает обратное: молекулы О2 втягиваются в магнитное поле О2 парамагнитна, т.е. содержит 1 или несколько неспаренных электронов.
И таких примеров можно привести еще немало. Все эти явления легко объяснимы в рамках другого квантовомеханического способа описания хим.связи – ММО.
В ММО молекула (или любая другая частица) рассматривается как единое целое.
Фактически, ММО рассматривает молекулу как «многоядерный атом». Другими словами: при образовании молекулы исходные атомы исчезают, т.к. превращаются в «многоядерный атом». В таком «многоядерном атоме» тоже существуют орбитали, которые называются молекулярными орбиталями (МО).
МО получаются при взаимодействии АО исходных атомов.
МО отличаются от АО по энергии, форме и ориентации в пространстве (напрашивается аналогия с ГАО, но она мнимая).
В образовании каждой МО молекулы принимают участие все исходные АО всех атомов, объединяющихся в молекулу. Но вклад каждой АО в образование данной МО различен. Наиболее сильно взаимодействуют АО, которые:
а) близки по энергии
б) имеют одинаковую форму (s+s, p+p, d+d)
в) одинаково ориентированы в пространстве (px+px, py+py и т.д.).
При образовании МО соблюдается правило сохранения количества орбиталей: количество получившихся МО = количеству исходных АО.
Результатом расчета по ММО является энергетическая диаграмма, которая показывает взаимное расположение энергетических уровней МО относительно исходных АО.
Пример: энергетическая диаграмма для молекулы H2
МО, которые имеют энергию ниже, чем исходные АО называются связывающими.
МО, имеющие энергию выше, чем исходные АО называются разрыхляющими (*).
Заполнение МО электронами МО осуществляется по тем же законам, как и в атоме:
1. Принцип наименьшей энергии.
2. Принцип Паули.
3. Правило Хунда.
В ММО невозможно определить число связей между атомами в молекуле (химическая связь в ММО является понятием несчетным!). Вместо этого здесь используется понятие о порядке связи (ПС):
ПС=(Nсв-Nразр)/m ,
где: Nсв - кол-во электронов на СМО,
Nразр - кол-во электронов на РМО,
m - кол-во ядер в молекуле.
Чем больше ПС, тем крепче, прочнее частица (молекула, ион, радикал).
Если ПС ≤ 0, то связи вообще нет, т.е. данная частица существовать не может.
Например: ПС (H2) = (2-0)/2 = 1 молекула H2 устойчивая частица.
Далее разобрать:
ПС (H2+) = (1-0)/2 = 1/2 > 0 H2+ устойчивая частица
ПС (H2+2) = (0-0)/2 = 0 H2+2 не существует
ПС (H2-) = (2-1)/2 = 1/2 > 0 H2- устойчивая частица
ПС (H2-2) = (2-2)/2 = 0 H2-2 не существует