Направленность ковалентной связи
Поскольку электронные облака имеют различную форму, их взаимное перекрывание может осуществляться различными способами. В зависимости от способа перекрывания различают σ-, π- и δ-связи.
· Сигма-связь (σ-связь) осуществляется при перекрывании электронных облаков вдоль линии, соединяющей ядра атомов. Это одинарная ковалентная связь.
· Пи-связь (π-связь) возникает при перекрывании электронных облаков по обе стороны от линии соединения атомов (перекрывание над и под плоскостью σ-связи).
· Дельта-связь (δ-связь) образуется за счет перекрывания всех четырех лопастей d-электронных облаков.
Мы будем использовать только σ- и π-связи.
σ -связь есть всегда! Это та самая связь, которая удерживает два атома вместе, π-связь может быть дополнительной.
Что же представляют из себя молекулы в трехмерном пространстве?
Пространственные формы молекул весьма разнообразны. Так, молекула CO2имеет линейное строение, молекула CH4–тетраэдрическое, молекула NH3–пирамидальную, воды – угловую, SO3 – треугольную.
Для объяснения пространственной конфигурации молекул имеется ряд теорий (моделей). Наиболее важная для нас – модель гибридизации орбиталей.
Модель гибридизации атомных орбиталей
Часто химические связи образуются за счет электронов разных орбиталей. Так, у атомов Be(2s12p1), B (2s12p2) иC(2s12p3) в образовании связей принимают участие как s-, так и p-электроны. Удивительно то, что, несмотря на различие форм исходных электронных облаков, связи, образованные с их участием, оказываются равноценными и расположенными симметрично!
В молекулах BeCl2, BCl3и CCl4, например, угол Cl-Э-Clравен 180о, 120о и 109о28’ соответственно:
Как же неравноценные по исходному состоянию электроны образуют равноценные химические связи?
Ответ дает теория гибридизацииорбиталей:
Химические связи формируются электронами не «чистых», а «смешанных», так называемых гибридных орбиталей. Последние являются результатом смешения атомных орбиталей.
Иначе говоря, при гибридизации первоначальная форма и энергия орбиталей (электронных облаков) взаимно изменяются и образуются новые орбитали (облака), но уже одинаковой формы и энергии.
Следует отметить, что это явление не существует как таковое, а является просто наглядной моделью описания молекул.
Гибридизаци одной s-и одной p-орбитали дает две sp -гибридные орбитали, располагающиеся под углом 180о. Поэтому молекула BeCl2 имеет линейную структуру.
Гибридизация одной s- и двух p-орбиталей дает три sp 2 -гибридные орбитали, расположенные под углом 120о. Именно из-за sp2-гибридизации атома бора молекула BCl3имеет треугольную форму.
Гибридизация одной s- и трех p-орбиталей дает четыре sp 3 -гибридные орбитали. Здесь уже форма тетраэдра. К примеру, за счет sp3-гибридизации атома углерода в CH4.
Комбинация орбиталей типа одной s-, трех p- и одной d- приводит к sp 3 d -гибридизации. Это соответствует ориентации пяти sp 3 d -гибридных орбиталей к вершинам тригональной бипирамиды.
В случает sp 3 d 2 -гибридизации шесть sp 3 d 2 -гибридных орбитали ориентируются к вершинам октаэдра.
В случае sp 3 d 3 -гибридизации (или sp 3 d 2 f) семь sp 3 d 3 -гибридных орбитали ориентированы к вершинам пентагональнойбипирамиды.
Пространственное расположение связей и конфигурация молкул:
а) линейная; б) треугольная; в) тетраэдрическая; г) тригонально-бипирамидальная; д) октаэдрическая; е) пентагонально-бипирамидальная
