Описание механизма образования ковалентной связи, создание химической связи между двумя атомами. Характеристика положений метода валентных связей, гибридизация атомных орбиталей. Понятие и сущность поляризации связей и эффективного заряда атома.
Аннотация к работе
Природа химической связи и строение химических соединенийХимическая связь между двумя атомами образуется только в том случае, если при сближении атомов полная энергия системы (т.е. сумма кинетической и потенциальной энергии) уменьшается. По мере сближения двух атомов Н между ними возникают электростатические силы двух типов: во-первых, силы притяжения между положительным ядром одного атома и отрицательным электроном другого атома; во-вторых, силы отталкивания между ядрами разных атомов и между электронами разных атомов. Если же сближаются атомы Н, у которых электроны с антипараллельными спинами ^v (см. кривую “б”), то при сближении атомов вначале преобладают силы притяжения (т.е. кривая идет вниз), а затем преобладают силы отталкивания (кривая идет вверх). Схематически механизм образования молекулы Н2 из двух атомов Н можно так показать: образование связи между атомами Н в молекуле Н2 происходит за счет неспаренных электронов двух атомов Н, причем эти электроны с точки зрения квантовой механики представлены в виде 1S - электронных облаков. Таким образом, при сближении двух атомов Н и образовании между ними химической связи (т.е. образовании молекулы Н2) происходит перекрывание электронных облаков двух связанных атомов, поэтому в пространстве между ядрами в месте перекрывания электронная плотность больше, т.е. вероятность нахождения электронов между ядрами больше.Метод ВС исходит из положения, что каждая пара атомов (два атома) в молекуле образуют между собой связь при помощи общих электронных пар. Ковалентная связь образуется при помощи общих электронных пар, образованных из атомов, имеющих неспаренные электроны с противоположно направленными спинами. Таким образом, химическая связь образуется по методу ВС за счет общей пары электронов и эта связь локализована (расположена) между двумя атомами, т.е. она двухэлектронная и двухцентровая. Поэтому атом «С» переходит в возбужденное состояние, т.е. один из двух 2s-электронов переходит на свободную орбиталь 2р-подуровня и тогда станет 4 неспаренных электрона, за счет которых атом С может образовать 4 ковалентные связи, т.е. ковалентность будет равна 4 (СН4, СО2 и др.). За счет трех неспаренных электронов атом N образует 3 ковалентные связи с тремя атомами водорода, у которых по одному неспаренному электрону, при этом образуется молекула NH3: Кроме того, у атома N осталась еще неподеленная электронная пара, поэтому за счет этой пары электронов азот может образовать с ионом Н еще одну (четвертую) ковалентную связь.Гибридная орбиталь имеет большую вытянутость по одну сторону от ядра, чем по другую, поэтому степень ее перекрывания с орбиталью другого атома больше, а значит гибридная орбиталь образует более прочную связь по сравнению с негибридными орбиталями. Существуют следующие типы гибридизации: sp - гибридизация орбиталей - это гибридизация (смешивание) одной s-и одной р-орбитали, при этом образуются две sp - гибридные орбитали, расположенные симметрично под углом 180о. Поэтому и связи, образуемые с участием этих орбиталей, тоже располагаются под углом 180о. Например, sp-гибридизация орбиталей наблюдается у атома бериллия в молекуле BECL2, поэтому эта молекула имеет линейную форму: sp2-гибридизация - это смешивание одной s-орбитали и двух р-орбиталей с образованием трех одинаковых sp2-гибридных орбиталей, расположенных под углом120о относительно друг друга: Например, sp2-гибридизация валентных орбиталей атома бора в молекуле BCL3, поэтому эта молекула имеет форму треугольника: sp3-гибридизация - это смешивание одной s-и трех р-орбиталей с образованием четырех гибридных sp3-орбиталей, причем эти гибридные орбитали направлены к четырем вершинам тетраэдра под углом 109о28? (сто девять градусов двадцать восемь минут). Если электроотрицательности атомов различны, но не сильно отличаются друг от друга, то происходит смещение электронной плотности (общей электронной пары) к более электроотрицательному атому и образуется полярная ковалентная связь, например в HCL.