Химическая связь - narod.rut-larichev.narod.ru/08-bio.pdfэлектронными...

Химическая

связь

Тема 6

Природа химической связи

• Взаимодействие между атомами при образовании химической связи носит электростатический характер

• Ионная связь Взаимодействие между разноименно заряженными ионами

• Металлическая связь Взаимодействие между положительно зараженными ионами и отрицательно заряженными свободными электронами, которые могут свободно перемещаться в межионном пространстве

Природа химической связи

• Ковалентная связьВзаимодействие между положительно заряженными ядрами атомов и обобществленными парами отрицательно заряженных электронов (которые находятся в межъядерном пространстве)

• Ковалентная связь является наиболее универсальнойразновидностью химической связи.

Образование

химической

связи по

Льюису

Метод

валентных

связей

Достоинства и недостатки МВС

• объяснение образования связи между

одинаковыми атомами

• объяснение образования кратных связей

• объяснение образования связи по донорно-

акцепторному механизму

• многочисленные отклонения от правила

октета

• необходимость вводить новые допущения

при объяснении "резонансных структур"

Донорно-акцепторный механизм

Определение геометрического строения молекул.

Метод отталкивания валентных электронных пар

1940 г. –

Н. Сиджвик, Г. Пауэлл;

1957 г. –

Р. Гиллеспи, Р. Найхолм)

Определение структуры молекул

по Гиллеспи• 1. Определить центральный атом (обычно одиночный)

• 2. Определить число атомов, связанных с центральным (ЧА)

• 3. Определить число оставшихся неподеленных пар у центрального атома (НП)

• 4. Рассчитать стерическое число СЧ = ЧА + НП

• 5. Определить строение молекулы, соответствующее стерическому числу.

• 6. Провести корректировку строения молекулы с учетом того, что наиболее сильное отталкивание наблюдается между неподеленными парами, затем - между электронными парами, образующими кратные связи, и, наконец, наименее сильное отталкивание наблюдается между электронными парами, образующими одинарную ковалентную связь.

Пример: SO2

1. Центральный атом – S

2. C центральным атомом связаны – 2 --- O = S = O

3. Неподеленных пар – 1

4. Стерическое число = 2+1 = 3

5. Фигура – треугольник

6. Искажения – угол SOS меньше 120o

Отклонения от правильной

геометрической структуры

Структуры

молекул по

Гиллеспи

Структура молекул со стерическим числом 5

Предсказание структуры молекул

в методе ОВЭП

Метод

молекулярных

орбиталей

Комбинирование

электронных орбиталей

исходных атомов

Связывающая и

разрыхляющая

орбитали в

молекуле

водорода

Энергетическая

диаграмма

молекулярных

орбиталей,

образующихся за

счет перекрывания

1s-орбиталей

исходных атомов

Описание

гомоядерных

молекул

элементов

I-го периода в

рамках

метода МО

Образование

- и -связей

при

перекрывании

электронных

орбиталей

Описание процесса образования химической

связи с точки зрения метода молекулярных

орбиталей (МО)

• 1. Электроны в молекуле, как и в атоме, занимают соответствующие орбитали, которые характеризуются своим набором квантовых чисел;

• 2. Число образующихся молекулярных орбиталей равно числу атомных орбиталей участвующих в их образовании;

• 3. Распределение электронов по молекулярным орбиталям, так же как и в атоме, подчиняется принципу наименьшей энергии, принципу Паули и правилу Хунда;

• 4. Для молекул, образованных атомами одного химического элемента (гомоядерных), выигрыш в энергии за счет образования связывающей орбитали компенсируется повышением энергии разрыхляющей орбитали. На энергетической диаграмме обе орбитали располагаются симметрично относительно атомных орбиталей:

Энерги

яАтомные

орбитали

атома А

Атомные

орбитали

атома B

Oрбитали молекулы

AB

Молекула Li2

Длина связи, Å = 2,67

Энергия связи, кДж/моль = 110

s

s*

x, y

p

p*

x*, y

*

2s

2p

2s

2p

Энерги

яАтомные

орбитали

атома А

Атомные

орбитали

атома B


AB

Молекула Be2

Длина связи, Å =


s

s*

x, y

p

p*

x*, y

*

2s

2p

2s

2p

Энерги

яАтомные

орбитали

атома А

Атомные

орбитали

атома B


AB

Молекула B2 (парамагнитная)



s

s*

x, y

p

p*

x*, y

*

2s

2p

2s

2p

Энерги

яАтомные

орбитали

атома А

Атомные

орбитали

атома B


AB

Молекула C2



s

s*

x, y

p

p*

x*, y

*

2s

2p

2s

2p

Энерги

яАтомные

орбитали

атома А

Атомные

орбитали

атома B


AB

Молекула N2



s

s*

x, y

p

p*

x*, y

*

2s

2p

2s

2p

Энерги

яАтомные

орбитали

атома А

Атомные

орбитали

атома B


AB

Молекула O2 (парамагнитная)



s

s*

x, y

p

p*

x*, y

*

2s

2p

2s

2p

Энерги

яАтомные

орбитали

атома А

Атомные

орбитали

атома B


AB

Молекула F2



s

s*

x, y

p

p*

x*, y

*

2s

2p

2s

2p

Энерги

яАтомные

орбитали

атома А

Атомные

орбитали

атома B


AB

Молекула Ne2

Длина связи, Å =


s

s*

x, y

p

p*

x*, y

*

2s

2p

2s

2p

Описание процесса образования химической

связи с точки зрения метода молекулярных

орбиталей (МО)

5. В гетероядерных (разноэлементных) молекулах связывающие орбитали по энергии ближе к орбиталями более электроотрицательного атома (B), а разрыхляющие – ближе к орбитали менее электроотрицательного атома (A). Разность в энергиях исходных атомных орбиталей (b) равна полярности связи. Эта разность является мерой ионности связи, а разность в энергиях между связывающей орбиталью и атомной орбиталью более электроотрицательного атома определяет ковалентность связи.

6. Кратность химической связи равна половине разности числа электронов, расположенных на связывающих орбиталях, и числа электронов на разрыхляющих.

Энергетическая

диаграмма для

молекулы NO

Описание гетероядерных молекул в методе МО

• Дипольный момент

• Для q = e = 4,80 10-10 эл.стат.ед.

l = 1 Å

= 4,80 Д (Дебая)

Дипольный момент молекулы –

связь с полярностью связи

+q -q

l

lq

Дипольный момент молекулы –

связь с полярностью связи

• Для HF (эксп.) = 1,82 Дl = 0,92 Å

• При условии полностью ионной связи(теор.) = 4,4 Д

• Поэтому степень ионности

• Для HFСИ = 1,82/4,4 100% = 45%

%100.)(

.)(

теор

эксперСИ

Степень ионности для бинарных молекул

Полярность связи и

полярность молекулы

Типы межмолекулярного

взаимодействия

- ++

-

- + - +

- +

- + - +

+

-

+

-

+-

+--+

ДипольНеполярная

молекула

Индуцированный

диполь

Индукционное

Ориентационное

Дисперсионное

Зависимость температуры кипения

благородных газов от порядкового номера

элементов

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

He Ne Ar Kr Xet, oC

0

10

20

30

40

50

60

n(элек

тронов)

t(кип.) число электронов

Дисперсионное взаимодействие

(Ван-дер-ваальсовы силы)• Генерация мгновенных диполей за счет флуктуаций

электронной плотности

• И полязизуемость, и поляризующее действие ионов зависит от электронной структуры, заряда и размера иона.

• Поляризуемость усиливается с ростом числа внешних электронов.

• Максимальная поляризуемость - у ионов, имеющих 18-электронные внешние оболочки.

_

_

_

+

+

+

+

+

+

_

_

_

Влияние

межмолекулярного

взаимодействия на

физико-химические

свойства

Химическая связь - narod.rut-larichev.narod.ru/08-bio.pdfэлектронными...

Documents