Виды гибридизаций АО и геометрические параметры частиц
Тип гибридизации | Расположение гибридных АО | Угол между связями | Количе-ство Ё | Геометрическая форма и состав молекулы | Пример |
sp | Линейное | 180° | Линейная АВ2 | BeCl2 | |
sd | Линейное | 90° | Угловая АВ2 | SrCl2 | |
sp2 или sd2 | Треугольное | 120° уменьшается | Треугольник АВ3 Угловая АВ2Ё | BF3 SnCl2 | |
sp3 или sd3 | Тетраэд-рическое | 109°28/ уменьшается уменьшается | Тетраэдр АВ4 Тригональная пирамида АВ3Ё Угловая АВ2Ё2 | CH4 NF3 H2O | |
sp3d | Тригонально-бипирами-дальное | 90° и 120° ______ 180° и 90° 180° | Тригональная бипирамида АВ5 Неправильный тетраэдр АВ4Ё Т-образная АВ3Ё2 Линейная АВ2Ё3 | PCl5 SF4 ClF3 XeF2 | |
sp3d2 | Октаэдри-ческое | 90° 90° 90° | Октаэдр АВ6 Тригональная пирамида АВ5Ё Квадрат АВ4Ё2 | SF6 SbF ![]() | |
sp3d3 или sp3d2f | Пентагональ-но-бипирами-дальное | ____ ____ | Пентагональная пирамида АВ7 Неправильный октаэдр АВ6Ё | IF7 XeF6 |
При образовании КС между атомами одинаковой химической природы (например, в молекулах Н2, Cl2, О2) общее электронное облако располагается в пространстве между ядрами симметрично. Такую КС называют неполярной. Если же связь образуют атомы разных элементов, то общие электроны смещаются в сторону атома с большим значением ЭО и такую КС называют полярной. Смещение электронной плотности в область более электроотрицательного элемента приводит к возникновению в его околоядерном пространстве эффективного отрицательного заряда q–, и, наоборот, недостаток электронной плотности у взаимодействующего с ним атома ведет к появлению эффективного положительного заряда q+. Такая система представляет собой электрический диполь, поэтому мерой полярности КС является величина электрического момента диполя (ЭМД) связи mА–В, Кл×м, которую можно оценить по формуле
(16)
где l – длина диполя. При оценочных расчетах длину диполя можно принимать равной длине связи.
ЭМД можно также выражать в дебаях, D: 1 D = 3,33×10-30 Кл × м.
Полярную КС характеризуют при помощи степени ионности (СИ) и степени ковалентности (СК) связи, которые в сумме составляют 100 % (СИ + СК = 100 %). СИ показывает долю (%) смещенности общей электронной пары в область атома с большим значением ЭО. Ее можно оценить по формуле
% (17)
где е – заряд электрона (е = 1,602×10-19 Кл).
Из уравнения (17) следует, что с увеличением DЭО взаимодействующих атомов СИ связи увеличивается, а СК связи уменьшается. Количественная связь между СИ и DЭО приведена на рис.1.
Рис. 1. Зависимость СИ от ΔЭО.
mА–В – величина векторная, направленная от положительного полюса диполя к отрицательному. Например, в молекуле HF mН®F будет направлен от атома водорода к атому фтора, так как ЭО(F) > ЭО(Н) (см. табл.4).
Молекулы с полярными КС в зависимости от распределения суммарной электронной плотности всех связей в молекуле могут быть полярными и неполярными. Молекула считается неполярной, если ЭМД молекулы m , который определяется путем геометрического сложения ЭМД всех ее связей, равен нулю.
Например, в молекуле СО2 (см. рис.2а), которая имеет симметричное линейное строение, ЭМД отдельных связей направлены в противоположные стороны и при их геометрическом сложении полностью компенсируют друг друга. Поэтому m = 0 и молекула СО2 является неполярной.
В полярной молекуле m >0, то есть геометрическое сложение векторов ЭМД связей дает конечный вектор m
. Например, в угловой молекуле Н2О (см. рис.2б) полярные связи располагаются под углом 104,5°. При геометрическом сложении ЭМД связей не происходит их взаимной компенсации (m
>0, молекула полярная).
а) б)
Рис.2. Векторное сложение ЭМД на примере молекул Н2О и СО2.
В табл. 6 приведены предполагаемые полярности молекул различной геометрической формы.
По методу молекулярных орбиталей (ММО) молекула рассматривается как единое целое – ядра атомов составляют каркас молекулы, а электроны атомов становятся общими для всей молекулы, и располагаются на молекулярных орбиталях (МО). Метод основан на следующих положениях:
1. МО образуются путем линейной комбинации АО, то есть сложения или вычитания исходных АО – метод линейной комбинации АО (ЛКАО).
По методу ЛКАО: если МО образуется в результате сложения АО, то её энергия будет ниже, чем энергия исходных АО. Такая орбиталь называется связывающей МО (обозначается s, p или d в зависимости от типа перекрывания электронных облаков). В случае вычитания АО возникающая МО имеет более высокое значение энергии, чем исходная АО и называется разрыхляющей (обозначается s*, p* или d*). Электрон, находящийся на связывающей МО, обеспечивает связь между атомами, а электрон, находящийся на разрыхляющей МО, ослабляет связь между атомами;
2. При заполнении электронами МО выполняются принцип Паули и правило Гунда;
3. Число МО равно числу взаимодействующих АО реагирующих атомов. Например, при взаимодействии двух АО со стороны каждого атома в молекуле типа А2 образуется четыре МО, из которых две связывающие и две разрыхляющие.
4. По возрастанию энергий МО двухатомных молекул первого периода и начала второго периода (до N2 включительно) можно расположить в следующий ряд: σ < σ
< σ
< σ
< π
= π
< σ
< π
= π
< σ
.
МО двухатомных молекул конца второго периода (от О2 и далее) по возрастанию энергий располагаются в несколько иной ряд:
σ < σ
< σ
< σ
< σ
< π
= π
< π
= π
< σ
;
Таблица 6