Модель гибридизации атомных орбиталей

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 180^о, 120^о и 109^о28’ 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 180^о. Поэтому молекула BeCl₂ имеет линейную структуру.

Гибридизация одной s- и двух p-орбиталей дает три sp ² -гибридные орбитали, расположенные под углом 120^о. 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