Условия образования химической связи

 

Условия образования химической связи:

 

 

Природа сил химической связи – электрическая.

Квантовая механика позволяет объяснить и описать

Образование всех типов химических связей.

     

Существует два основных квантово-механических приближенных методов описания ковалентной связи: метод валентных связей (ВС) и метод молекулярных орбиталей (МО ).

 

		◄ химическая связь - результат перекрывания АО с образованием связывающих электронных пар (образование общей пары электронов, образование повышенной электронной плотности между атомами); ◄ химическая связь образуется только при взаимодействии электронов с антипараллельными спинами (по принципу Паули); ◄ связь образуется в направлении максимального перекрывания АО реагирующих атомов.

 

 

Обменный механизм - каждый из двух связываемых атомов выделяет для обобществленной пары по одному неспаренному электрону.

Донорно-акцепторный механизм - образование общей электронной пары за счет неподеленной пары электронов одного атома (донора) и вакантной орбитали другого атома (акцептора).

ПРИМЕР: образование иона аммония NН₄⁺ (NН₃ + Н⁺ ® NН₄⁺)

 

Дативные связи – образуются, когда АО одного атома, могут выступать одновременно в роли и донора и акцептора неподеленных пар электронов.

ПРИМЕР: образование молекулы Cl₂

 

Следствие - энергия связи в молекуле Сl2 ( 243 кДж/моль) выше, чем в молекуле F2 (159 кДж/моль), несмотря на большую длину связи.

                  …  

Связь – связь, образуемая при наложении друг на друга и перекрывании d-облаков в 4-х областях

 

Перекрывание АО разных типов при образовании

s - связей:

 

Образование тройной связи в молекуле азота N₂:

Одна s- связь и две p - связи.

  Направления перекрывания атомных орбиталей при образовании d -связей:

ЭО(I) = 2,5 ЭО(H) = 2,1

Þ связывающая электронная пара смещена в сторону I: Þ эффективный отрицательный заряд (δ-) у атома I,

эффективный положительный заряд (δ+)у атома Н

Þ возникает электрический диполь.

	расстояние между центрами тяжести эффективных зарядов (δ-и δ+)

д л и н а диполяl_Д :

 

электрический момент диполя связи m_св

(количественная мера полярности связи):

	произведение эффективного заряда δна длину диполя lд связи: mсв = δ×lд. (Кл×м) mсв - векторная величина, направленная от положительного полюса к отрицательному.

 

 

m_св некоторых связей:

молекула	DЭО	mсв×10-30,Кл×м	Вывод
Н – Сl	0,90	1,03	Чем больше DЭО, тем больше mсв и, следовательно, связь более полярная
Н – Br	0,74	0,78
H - I	0,40	0,38

m_св ~ 0 - 10 Д (1 Дебай = 3,33^.10^-30 Кл^.м.)

Структура и полярность многоатомных молекул

В многоатомных молекулах имеется несколько связей, возникает электрический момент диполя молекулы.

	векторная сумма электрических моментов диполей всех связей и несвязывающих электронных пар в молекуле mм = S mсв

Электрический момент

диполя молекулы ( m_м ) Þ

Полярность молекулы зависит от ее геометрической структуры. Молекула неполярна, если m_м = S m_св =0 ,

Молекула полярна, если mм = S mсв ¹0 .

примеры:

8 Образование молекулы Н₂S:

 

Þ угловая структура ( Ð92⁰)

ЭО(Н) = 2,1 и ЭО(S) = 2,5 Þ связь полярная, mсв ¹ 0

Структура молекулы Н₂S – угловая, и векторная сумма дипольных моментов связи m_св имеет вид:

 

Mм = Smсв ¹ 0 Þ молекула в целом полярная.

8Образование молекулы SbH₃ :

Sb…5s²5p³

 

H1s H1s H1s

ЭОSb =1,9 , ЭОH = 2,1 Þ DЭО ¹0 Þ Связь полярная, mсв ¹ 0 Структура молекулы – пирамидальная mм=Smсв…    

Если у атома в образовании химических связей участвуют разные по типу АО (s-, p-, d- или f-АО), то химические связи образуются с участием не «чистых», а «смешанных», или гибридных орбиталей.

Форма гибридной орбитали:

 

Схема sр -гибридизации Схема sр²-гибридизации

 

Схема sр³-гибридизации

 

Орбитали, участвующие в гибридизации	Тип гибридизации	Структура молекулы	Валентный угол
S + p	sp	Линейная	180о
S + p + p	sp2	плоский треугольник	120о
S + p + p + p	sp3	тетраэдр	109,3о

 

Рассмотрим примеры:

8Молекула ВеСl₂

 

 

■ sp-гибридизация АО Ве , 2 s - связи, Ð180^о

■ пространственная структура Þ линейная.

 

Cl Be Cl

 

■ ЭО_Cl =3,0 , ЭО_Be = 1,5 Þ DЭО ¹0 Þ Связь полярная, m_св ¹ 0

THORN; Cl ¬ Be ® Cl

Mмол = Smсв = 0 Þ молекула в целом неполярная.

 

8Молекула ВН₃

В… 2s²2p¹ Þ В^* …2s¹2p² H …1s¹

H 1s¹ H 1s¹ H 1s¹

■ sp²–гибридизация АО бора В

■ 3 s - связи, Ð 120° ,

■ ЭО_B =2,0 , ЭО_H = 2,1 Þ DЭО ¹0 Þ Связь полярная, m_св ¹ 0

■ структура молекулы - плоский треугольник.

■ m_мол = Sm_св = 0 Þ молекула ВН₃ - неполярная.

 

8Молекула SnCl₄

Sn …5s²5p² Þ Sn^* …5s¹5p³ Cl … 3s²3p⁵

Sn^* …5s¹5p³

 

Cl 3s²3p⁵ Cl 3s²3p⁵ Cl 3s²3p⁵

 

■ sp³–гибридизация АО Sn (s-АО и 3 р-АО)

■ структура молекулы Þ тетраэдр, 4 s - связи

Ð 109,3⁰

 

 

■ ЭО_Cl =3,0 , ЭО_Sn = 1,8 Þ DЭО ¹0 Þ Связь полярная, m_св ¹ 0.

■ m_мол = Sm_св = 0 Þ молекула SnCl₄ - неполярная.

 

 

 

 

Молекулы NН3 и Н2О

N…2s22p3 O…2s22p4      

В гибридизации могут участвовать вакантные АО, АО с неподеленными парами электронов и АО с неспаренными электронами.

●Неподеленные электронные пары (НП) влияют на величину валентных углов Þ силы отталкивания между ними больше, чем между относительно закрепленными электронными парами образующими связь (связывающая электронная пара - СП).

●Уменьшение силы отталкивания электронных пар:

НП-НП > НП-СП > СП-СП

Пространственная структура молекул:  

Ионные кристаллы - гигантские полимерные молекулы.

▼ Понятие валентности к ионной связи неприменимо.

▼ Ионные связи - прочные.

▼ Твердые кристаллические вещества ионного типа - тугоплавкие, высокопрочные, но хрупкие, растворяются в полярных растворителях (в Н₂О).