Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Для иллюстрации образования молекул за счет ст" рассмотрим данные табл. 3.1, в которой приведены характеристики молекул «-элементов I группы, имеющих водородообразное строение. С увеличением главного квантового числа или номера периода уменьшается энергия связи и увеличивается межъядериое расстояние (см. рис. 31).
Таблица 3.1. Основные характеристики двухатомных молекул в-элементов I группы
Атом Состояние Молекула Межъядериое расстояние, нм Энергия связи, • кДж/моль
ы и1 н2 0,074 432
и и2 0,2672 103,3
Ыа 3«' №2 0,3078 72,3
К 4я' Кг 0,3923 49,3
Существование молекул Ы2, №2 и т. д. подтверждается экспериментально по данным спектральных исследований и по определению плотности их паров.
Осесимметричные сг-связи могут возникать не только за счет
73
«-орбиталей. Случаи перекрывания атомных орбиталей, приводящие к образованию а-связей, приведены на рис. 35. Вообще перекрывания атомных орбиталей является более наглядным отображением внутреннего строения молекул, и мы будем в дальнейшем этим пользоваться.
Образование других форм возникает за счет перекрытия орбиталей атомов не по оси, соединяющей ядра атомов. Например, при сближении атомов могут перекрываться р-орбитали, перпендикулярные оси, соединяющей ядра атомов, как это показано на рис. 36. В этом случае связь симметрична относительно плоскости хОу и называется я-связыо. Молекулярные орбитали, соответствующие этой форме связи, приведены на рис. 36 как для лс/, так и для л?азр. Следует отметить, что некоторые авторы считают конфигурации я-орбиталей иными, такими, как они представлены на рис. 37.
Случаи перекрывания атомных орбиталей, приводящие к образованию к-связей, показаны на рис. 38.
Существует еще одна форма ковалентной' '.связи — б, возни-
2 г
\ ] X
Р
1--^ мо <*в/>
X
Плоек. хОу Связь Я'г
Рис. 35. Возможные случаи (а, б, в) возникновения а-орбиталей
Рис. 36. Возникновение я-связей и формы связывающей и разрыхляющей молекулярных о р б и т ал е й
74
кающая между гі-орбиталями. Схематически эта связь показана на рис. 39. Связи я и б обычно возникают как кратные связи, т. е. после возникновения между атомами а-евязи.
Энергетическая диаграмма, характеризующая все виды связей, образованных 5 и /?-орбиталями, приведена на рис. 40. Уровни энергии, приведенные на этой диаграмме, определяют порядок
Рис. 37. Иное изображение молекулярной орбитали я
75
І,і Ви
25' 25:
С N
/5г 18і /5г
23г 25і 25г
2/7' 2рг 2р3
/5
о
/5і 25
2/?" -?о5
Рис. 41. Суммарные спиновые моменты атомов. элементов второго периода (стабильные атомы)
25, ______ , п , „, п написания электронной формулы
данной молекулы в зависимости от числа электронов, входящих в ее состав при соединении атомов между собой.
Рассмотрим возникновение сг-и л-связей на примере образования двухатомных молекул элементов второго периода, так как образование молекулы водорода и невозможность образования молекул гелия мы уже рассмотрели. Количество коваленгных связей, возникающих между одинаковыми атомами, определяется числом непарных электронов, находящихся на орбиталях атома, или суммарным спиновым моментом всех электронов внешнего уровня атома (правило Гунда).
На рис. 41 приведена диаграмма суммарных спиновых моментов невозбужденных атомов второго периода и дано распределение электронов по подуровням. Как мы увидим дальше, число ковалент-ных связей, определенных по методу МО, совпадает с приведенным графиком.
Строение двухатомных простых молекул для элементов 2-го периода представлено в табл. 3.2.
Схематическое изображение перекрывания атомных орбиталей и молекулярные орбитали двухатомных молекул элементов второго периода показаны на рис. 42; на рис. 43 приведены значения числа
Таблица 3.2. Основные данные по строению двухатомных молекул элементов 2-го периода
Атом Состоя-н не Молекула Число электронов Формулы МО Число связей г0, им Е,
к Д ж/моль
и 2Й! ия 2 (а?)2 1 0,2672 103,3
Ве 2ва Ве2 4 К1)2 (ст.Гр)2 Нет —
В 2я22р' В, 6 (о1в)2(аГр)8 (лЛ1 (<)' 1* 0,1589 288
С 2*22р2 с2 8 К")2 (оГр)2 (яГ)2«)2 2 0,13117 629
N 2я22р3 10 (аГ)2(я.Г")2(я^)2(я;;и)2(а^)2 3 0,10976 940
О 2х22р4 02 12 0,12074 494
ВД2(яГр)'(<"")'
Р 2&-а2рБ Р2 ¦ 14 (аїв)2((тГр)а(ясД)<(а^)2 1 0,1418 150
2522/7й №2 16 (о-г)2(стг")2«',;4«;и)2 Нет — ._
(<7)>ГР)2
* Молекула Ва имеет неспарепные электроны (магнитные свойства),' поэтому вместо (Лгв)2 вводим две не полностью заполненные орбитали (л,св)1 (я,,ев)', эквивалентные одной связи.
** Молекула О, парамагнитна и поэтому тоже должна содержать иеспаренные электроны на орбиталях
76
Не Ы Ве В С N О Р N0
Рис. 43. Число связей, межъядерное расстояние и энергия связи в простых молекулах второго периода
связей (совпадение с рис. 40), межъядерного расстояния г0 (нм) и энергии связи (кДж/моль), причем опять наблюдается обратная связь между г0 и Е.
3.3. НАПРАВЛЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ И ГЕОМЕТРИЯ МОЛЕКУЛ
Молекулы простых веществ, состоящие из двух атомов, строение и связи которых мы рассмотрели, являются простейшим случаем, так как они линейны и их энергия связи определяется только расстоянием между центрами образующих их атомов.
