4.3.4. Просторова будова молекул

Направленість ковалентного зв’язку забезпечує визначену просторову будову молекул. Розглянемо це положення на прикладі молекули води:

Електронна хмара єдиного електрона Гідрогену має сферичну форму, тому перекривання електронних хмар у нього рівноцінно за всіма напрямками. Отже, просторова будова молекули води має бути обумовлена напрямком

р-хмар Оксигену. Дві р-хмари Оксигену розташовані на взаємно перпендикулярних осях, на яких проходить перекривання s-хмарами Гідрогену (рис. 10).

Рис. 10. Перекривання електронних хмар у молекулі води

Електронегативність Оксигену більша від електронегативності Гідрогену, зв'язок полярний, атоми Гідрогену мають позитивні ефективні заряди. Відбувається відштовхування однойменних зарядів. Кут між осями електронних хмар збільшується і замість 90^о стає рівним 105^о. Таким чином, молекула води має кутову форму (рис. 11).

Рис. 11. Кутова форма молекули води

4.3.5. Гібридизація електронних хмар

Уявлення про гібридизацію електронних хмар було запропоновано з метою пояснення протиріччя між різними формами електронних хмар неспарених електронів (s, p, d) і властивостями реальних молекул. Це протиріччя стає зрозумілим при розгляданні, наприклад, молекули BeCl₂:

2s 2p

↑↓

↑ ↓

2p

– стабільний cтан

2s 2p

2p

Be – 1s² 2s²

↑

↑

↑

– збуджений стан

У стабільному стані берилій має валентність, що дорівнює нулю, у збудженому – двом. В утворенні зв’язку з хлором беруть участь сферична

s-хмара і гантелеподібна р-хмара. Перекривання електронних хмар s-р та р-р за довжиною і міцністю зв’язку не може бути рівноцінним. Внаслідок цього два атоми хлору в молекулі BeCl₂ повинні бути нерівноцінними за реакційною здатністю. Насправді обидва атоми хлору однакові. Це явище пояснюється гібридизацією (змішуванням) електронних хмар різних конфігурацій (рис. 12).

Рис. 12. Схема sр-гібридизації

Із сферичної s-хмари й гантелеподібної р-хмари утворюються дві

sр-хмари, кожна з яких являє собою неправильну вісімку. Можливі різні типи гібридизації з участю d-електронів. Кожному типу гібридизації відповідає певна форма молекул: sр-гібридизація приводить до утворення лінійних молекул, sр³ – тетраедричних і т.п.

4.3.6. Перекривання електронних хмар при кратних зв’язках

Кратним називається зв’язок між двома атомами, утворений не однією, а двома або трьома поділеними парами електронів.

У творення кратних зв’язків між атомами розглянемо на прикладі молекули азоту N₂:

У кожному атомі Нітроґену в хімічному зв’язку беруть участь три неспарені р-електрони, між атомами утворюється потрійний зв’язок, здійснений трьома поділеними парами електронів. Електронні хмари р-електронів розташовані у трьох взаємно перпендикулярних напрямках. Одна з трьох областей перекривання лежить на лінії однієї з осей електронних хмар, яка з’єднує ядра атомів Нітроґену. Цей зв’язок називається δ-зв’язком. Перекривання інших електронних хмар проходить перпендикулярно їх осям і має назву π-зв’язок (рис. 13).

Рис. 13. Перекривання електронних хмар при кратному

(потрійному) зв’язку в молекулі N₂

Площина перекривання більша при δ-зв’язку, тому такий зв’язок міцніший ніж π-зв’язок. При хімічній взаємодії в першу чергу розривається

π-зв’язок.