Основы органической химии для студентов нехимических специальностей - Тейлор Г.
ISBN 5-03-000281-2
Скачать (прямая ссылка):
Атом Символ Число электронов на орбитали
Is 2s 2?х 2ру 2*г
Водород Н 1
Гелий Не 2
Литий Li 2 1
Бериллий Be 2 2
Бор В 2 2 1
Углерод С 2 2 1 1
Азот N 2 2 1 1 1
Кислород О 2 2 2 1 1
Фтор F 2 2 2 2 1
Неон Ne 2 2 2 2 2
14
Глава 1
которых аспектах образования молекул и их строения.
Валентность — это связывающая сила элемента, оцениваемая числом атомов водорода (или его эквивалентов), с которыми атом элемента может соединиться с образованием устойчивых молекул. Хорошо известно, что валентность элемента определяется его положением в периодической системе. Атом с незаполненной внешней оболочкой стремится достичь электронной структуры «инертного газа», т. е. заполнить свой внешний уровень. Существуют две принципиальные возможности достижения этого устойчивого состояния: электровалентность приводит к потере или приобретению атомом электронов, в результате чего образуются заряженные частицы {ионы) с завершенными внешними оболочками; при ковалентности электронная структура атома становится эквивалентной электронной конфигурации инертного газа за счет обобществления электронов.
Электровалентность проявляется чаще всего в соединениях, содержащих элементы I, II, VI и VII групп, поскольку здесь для достижения заполненной оболочки необходимо отдать или принять не более двух электронов. Для отрыва от катиона (или присоединения к аниону) большего числа электронов требуется дополнительная затрата энергии, именно поэтому истинные частицы типа А13+ или N3- встречаются крайне редко. Ковалентность, которая избегает образования таких высокозаряженных частиц, встречается главным образом в соединениях, содержащих элементы центральных групп (III—V) периодической системы. Получить при нормальных условиях ионы С4+ или С4-невозможно. Это приводит к принципиальному выводу: органическая химия — это химия соединений углерода, являющихся практически всегда ковалентно построенными молекулами.
Чаще всего под ковалентностью подразумевают химическую связь, образованную за счет обобществления двух электронов,, каждый из которых предоставляется разными атомами. Однако возможна ситуация, при которой ковалентная связь реализуется за счет обобществления пары электронов, принадлежащих одному и тому же атому. В таких случаях говорят о проявлении координационной валентности и используют обозначения А->В, предполагая при этом, что атом А отдает оба электрона. По своим свойствам координационная связь абсолютно идентична обычной ковалентной связи. Исключение составляет только такой тип координационной связи, образование которой сопровождается разделением зарядов. Этот процесс можно представить следующими двумя стадиями: передача одного электрона от А: к В с образованием А+ и В- и обобществление по одному электрону от А+* и В+* с образованием ковалентной связи.
Образовавшуюся семиполярную связь удобнее изображать следующим образом: А+*------В~*; при таком обозначении подчер-
Строение атомов и молекул
15
кивается как истинно ковалентный характер связи, так и существующее разделение зарядов между атомами.
Образование связей. Теперь можно обсудить способы образования ковалентных связей и установить, какие характерные особенности молекул в результате этого формируются. Образование ковалентных связей за счет обобществления электронов является результатом перекрывания и взаимодействия частично заполненных атомных орбиталей. Возникающие при этом молекулярные орбитали (связи) могут быть адекватно представлены в виде простой суммы геометрических характеристик индивидуальных атомных орбиталей. На схеме, приведенной ниже, изображены молекулярные орбитали (ковалентные связи) между атомами водорода и фтора в молекулах Н2, F2 и HF. Обозначе-
шпом водорода,
Эля образования связи используется fs-орбиталь
атом фтора, для образования связи используется 1р-орбиталь
Н
-н
перекрывание is 'с Is
н-
перекрывание is с 2р
перекрывание 2р с 2р
ны только орбитали, участвующие в связывании атомов; полная картина должна была бы дополнительно включать заполненные орбитали первого и второго уровней атома фтора. Семиполярная связь образуется при точно таком же взаимодействии свободной и занятой атомных орбиталей. В представленных на схемах ковалентных связях электроны сосредоточены преимущественно в области пространства, заключенной между двумя ядрами. Такие связи называются ст-связями (греч. «сигма»). Следует отметить, что молекулярные орбитали о-связей простираются за пределы связанных ядер. Это означает, что существует ограниченная вероятность нахождения электронов вне межъядерной зоны.
