2.3.6. Пространственная конфигурация молекул

Если на внешней оболочке атома имеются два электрона, один в s- состоянии а другой в р- состоянии, то при затрате некоторой энергии вместо исходных s- и р- орбиталей могут образоваться две гибридные sp- орбитали (рис. 9). Они вытянуты вдоль прямой в противоположных направлениях.

Благодаря вытянутой форме гибридных орбиталей, достигается более полное перекрывание взаимодействующих электронных облаков, а значит, образуются более прочные химические связи. Энергия, выделяющаяся при образовании этих связей больше, чем суммарные затраты энергии на возбуждение атома и гибридизацию его атомных орбиталей. Т.к. sp- орбитали ориентированы в противоположных направлениях, то структура молекулы линейная и валентный угол равен 180°. Связующее электронное облако расположено симметрично между атомами и молекула является неполярной, в тоже время связь в молекуле всегда обладает направленностью и является полярной. Такую пространственную конфигурацию будут иметь молекулы элементов II группы: MgBr₂, СаН₂, ВаF₂.

В тех случаях, когда между двумя атомами возникают две или три ковалентные связи, при образовании второй и третьей связи возможно частичное перекрывание облаков двух р- или d-электронов. В этом случае образуются связи отличные от σ-СВЯЗИ. Например, в молекуле этилена С2Н4 только одна связь между атомами углерода имеет максимальную плотность облака по оси симметрии, т. е. является σ-связью. Вторая связь между атомами углерода возникает в результате частичного перекрывания своими боковыми частями облаков р-электронов. Такая связь называется (пи)  связью.

Обычно атомы формируют связи за счет электронов разных энергетических состояний –s-р-d-состояний, но, несмотря на различие форм исходных облаков, образованные связи оказываются равноценными. Оказывается, химические связи образуются не чистыми, а смешанными, так называемыми гибридными орбиталями.

Гибридизация – это явление смешения АО или электронных облаков, приводящее к образованию новых гибридных облаков одинаковой формы и одинаковой энергии.

Гибридные орбитали вытянуты по направлению к соседним атомам, что приводит к более полному перекрыванию электронных орбиталей, образованию более прочной химической связи и к выигрышу энергии.

Форма гибридной АО отличается от формы исходных АО (рис. 6)

Ковалентная связь, которая образуется при перекрывании АО вдоль линии, связывающей ядра взаимодействующих атомов, называется σ– связью (сигма связь

В σ- и   связи. Ковалентная связь может возникнуть в результате наложения облаков; либо s и s-, либо s и р-, либо р и р электронов, причем наибольшая плотность облака достигается между ядрами атомов по оси симметрии облака (линии, соединяющей ядра). Такую ковалентную связь называют сигма-связью и обозначают греческой буквой σ.

18 Вопрос

Если двухатомная молекула состоит из атомов одного элемента, то электронное облако распределяется в пространстве симметрично относительно ядер атомов. Такая ковалентная связь называется неполярной. Если ковалентная связь образуется между атомами различных элементов, то общее электронное облако смещено в сторону одного из атомов. В этом случае ковалентная связь является полярной. Для оценки способности атома притягивать к себе общую электронную пару используют величинуэлектроотрицательности.

В результате образования полярной ковалентной связи более электроотрицательный атом приобретает частичный отрицательный заряд, а атом с меньшей электроотрицательностью – частичный положительный заряд. Эти заряды принято называть эффективными зарядами атомов в молекуле. Они могут иметь дробную величину. Например, в молекуле HСl эффективный заряд равен 0,17e (где е – заряд электрона)