17. Метод валентных связей. Гибридизация атомных орбиталей и геометрия молекул. Полярность молекул. Пространственное строение молекул bf3, h2o, ch4.

Метод валентных связей.

А) химическая связь между двумя атомами возникает как результат перекрытия АО с образованием электронных пар.

Б) атомы, вступающие в химическую связь, обмениваются между собой электронами, которые образуют связывающие пары. Энергия обмена электронами между атомами (энергия притяжения атомов) вносит основной вклад в энергию химической связи. Дополнительный вклад в энергию связи дают кулоновские силы взаимодействия частиц.

В) в соответствии с принципом Паули химическая связь образуется лишь при взаимодействии электронов с разными спинами.

Г) характеристики химической связи (энергия, длина, полярность) определяются типом перекрывающихся АО.

Метод валентных связей. Ковалентная связь направлена в сторону максимального перекрывания АО реагирующих атомов.

Гибридизация атомных орбиталей – изменение формы некоторых атомных орбиталей при образовании ковалентной связи для достижения более эффективного перекрывания орбиталей. гибридизация осуществляется тогда, когда в образовании связей данного атома участвуют электроны разного типа.

Наиболее распространены следующие типы гибридизации:

1. sp³-гибридизация. Одна s-орбиталь и три p-орбитали превращаются в четыре одинаковые гибридные орбитали, оси которых расположены под углом 109,5⁰ друг к другу. sp³-гибридизация имеет место в молекулах NH₃, Н₂О и во всех предельных углеводородах.

2. sp²-гибридизация. Одна s-орбиталь и две p-орбитали превращаются в три одинаковые гибридные орбитали, оси которых расположены под углом 120⁰ друг к другу. sp²-гибридизация имеет место в молекулах BF₃, AlCl₃, а также во всех этиленовых и ароматических углеводородах.

3. sp-гибридизация. Одна s-орбиталь и одна p-орбиталь превращаются в две одинаковые гибридные орбитали, оси которых расположены под углом 180⁰ друг к другу. sp-гибридизация имеет место в молекулах BeH₂, BeF₂, CO₂, а также во всех ацетиленовых углеводородах.

Полярность молекулы определяется разностью электроотрицательностей атомов, образующих двухцентровую связь, геометрией молекулы, а так же наличием неподеленных электронных пар, так как часть электронной плотности в молекуле может быть локализована не в направлении связей. Полярность связи выражается через ее ионную составляющую, то есть через смещение электронной пары к более электроотрицательному атому. Полярность связи может быть выражена через ее дипольный момент μ, равный произведению элементарного заряда на длину диполя ^*) μ = e ∙ l. Полярность молекулы выражается через ее дипольный момент, который равен векторной сумме всех дипольных моментов связей молекулы.

18. Метод молекулярных орбиталей. Порядок и энергия связи. Применение ММО для описания ковалентной связи в гомоядерных двухатомных молекулах элементов второго периода периодической системы на примере О2.

ММО – квантово-химический метод описания химической связи, рассматривающий молекулу и любую многоатомную систему как «многоядерный атом», в котором электроны заселяются по молекулярным орбиталям. Основные положения:

Основные положения ММС: 1) рассматривается деколализация только валентных электронов ns (n-2)d np 2) рассматривают фолновые ф-ции электронов в поле нескольких центров, имеющих определённые эффективные заряда. Эти волновые ф-ции-молекулярные орбитали (МО) 3) МО рассматриваются как результат комбинации волновых ф-ций электронов сближающихся атомов.

. В молекуле О₂ в образовании хим.связей принимают участие по четыре 2p-электрона каждого атома. Шесть электронов занимают три связывающих МО, а два размещаются на разрыхляющих МО π ^разр 2p. Здесь избыток числа связывающих электронов над разрыхляющими равен 4, а кратность связи 2. В молекуле О₂ имеются два неспаренных электрона, следовательно, она является парамагнетиком. При образовании иона О₂⁺ из молекулы О₂ удаляется электрон, находящийся на разрыхляющей орбитали, т.е. электрон обладающий максимальной энергией. Отсюда увеличивается кратность связи и образуется более прочная молекула.

Порядок и энергия связи. В методе МО вместо кратности связи вводится понятие порядок связи n, который равен половине разности числа электронов на связывающих и разрыхляющих МО .

Если число , то n=0 и молекула не образуется. С увеличением n в однотипных молекулах растет энергия связи.

В отличие от ВС в методе МО допускается, что химическая связь может быть образована не только парой, но и одним электроном и соответственно порядок связи может быть не только целым, но и дробным числом: n=1/2, 1, 3/2, 2, 5/2, 3…