Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Пространственное строение молекул



Молекулы и кристаллические структуры характеризуются определенным пространственным расположением атомов. Молекула воды имеет угловую форму, молекула углекислого газа линейна, молекула этилена С2Н4 плоская, молекула метана СН4 тетраэдрическая и т. д. Теория химической связи объясняет пространственное расположение атомов в молекулах. Каждый атом образует химические связи в определенных направлениях, соответствующих наибольшему перекрыванию электронных облаков. Поэтому химические связи характеризуются направленностью.

В атомах фосфора и серы имеются неспаренные электроны на Зр-орбиталях.

С водородом они образуют молекулы РН3 (фосфин)

и H2S (сероводород). Углы между связями Р-Н и S-Н составляют -93°, т. е. близки к прямым углам. Очевидно, что перекрывание гантелеобразных Зр-орбиталей фосфора и серы со сферическими орбиталями водорода должно приводить к ориентации образующихся связей под прямыми углами (рис. 5.18). Молекула фосфина имеет форму трехгранной пирамиды с

атомом фосфора в вершине, а сероводород - угловая молекула.

При объяснении пространственного строения большинства других молекул, в том числе всех органических, используется представление о гибридизации атомных орбиталей. В соединениях углерода встречается линейное (С02), тетраэдрическое (СН4) и плоскостное (С2Н4) расположения атомов вокруг атома углерода. В этих молекулах все углы далеки от прямого угла, соответствующего взаимной ориентации р-орбиталей. В линейной молекуле С02 угол между связями 180°. в тетраэдрической молекуле СН4 - 109,5°,

Рис. 5.18. Перекрывание орбиталей в молекулах РН3 и H2S

в плоской молекуле С2Н4 - 120°. Это объясняется гибридизацией орбиталей атома углерода.

Гибридизация - это преобразование атомных орбиталей, при котором из нескольких орбиталей разной формы образуется такое же число одинаковых орбиталей промежуточного типа.

Наиболее часто встречаются три типа гибридизации: sp-, sp2 и sp3. В sp-гибридизации участвуют по однойs- и р-орбитали данного атома. Вместо них возникают две одинаковые гибридные орбитали, направленные вдоль одной оси в противоположные стороны, т. е. под углом 180° (рис. 5.19). У атома сохраняются две обычные р-орбитали, которые могут давать я-связи.

Рис. 5.19. Схема sp-гибридизации

пример 5.8.Нарисуйте схему перекрывания орбиталей в молекуле ацетилена С2Н2.

РЕШЕНИЕ.Молекула ацетилена линейная (структурная формула на с. 184), на основании чего делаем заключение, что углерод находится в состоянии sp-гибридизации. Получается модель перекрывания орбиталей, показанная на рис. 5.20.

Рис. 5.20. Перекрывание орбиталей в молекуле ацетилена

Рис. 5.21. Схема sр2-гибридизации

Гибридизация s-орбитали и двух р-орбиталей дает три гибридные орбитали sp2, лежащие в одной плоскости и направленные под углами 120° (рис. 5.21). Оставшаяся негибридизированная рz-орбиталь направлена перпендикулярно к плоскости гибридных орбиталей.

Гибридизация всех s- и р-орбиталей одного уровня (sp3 - гибридизация) дает четыре одинаковые орбитали с равными углами между осями любой пары этих орбиталей (рис. 5.22). Это орбитали, дающие «тетраэдрические» молекулы: метан, хлороуглерод и множество других. sp3-Орбитали, имеющие объемную направленность, часто приводят к образованию атомных кристаллических структур, подобных структуре алмаза.

Рис. 5.22. Схема .sp3-гибридизации

Атомной кристаллической структурой называется такая структура, в которой атомы объединены сеткой ковалентных связей.

Перечисленные три вида гибридизации не исчерпывают всего разнообразия гибридных орбиталей. У металлов d-блока имеются валентные d-орбитали. Они участвуют в гибридизации с s- и р-орбиталями. Например, -гибридизация дает шесть одинаковых орбиталей, направленных от центра атома к вершинам октаэдра. Этот тип гибридизации имеется в очень многочисленных октаэдрических комплексных соединениях.