Виды гибридизаций АО и геометрические параметры частиц

 

Тип гибридизации	Расположение гибридных АО	Угол между связями	Количе-ство Ё	Геометрическая форма и состав молекулы	Пример
sp	Линейное	180°		Линейная АВ2	BeCl2
sd	Линейное	90°		Угловая АВ2	SrCl2
sp 2 или sd 2	Треугольное	120° уменьшается		Треугольник АВ3 Угловая АВ2Ё	BF3 SnCl2
sp 3 или sd 3	Тетраэд-рическое	109°28/ уменьшается   уменьшается		Тетраэдр АВ4 Тригональная пирамида АВ3Ё Угловая АВ2Ё2	CH4 NF3   H2O
sp 3 d	Тригонально-бипирами-дальное	90° и 120°   ______   180° и 90° 180°		Тригональная бипирамида АВ5 Неправильный тетраэдр АВ4Ё Т-образная АВ3Ё2 Линейная АВ2Ё3	PCl5   SF4   ClF3 XeF2
sp 3 d 2	Октаэдри-ческое	90° 90°   90°		Октаэдр АВ6 Тригональная пирамида АВ5Ё Квадрат АВ4Ё2	SF6 SbF XeF4
sp 3 d 3 или sp 3 d 2 f	Пентагональ-но-бипирами-дальное	____   ____		Пентагональная пирамида АВ7 Неправильный октаэдр АВ6Ё	IF7   XeF6

 

 

При образовании КС между атомами одинаковой химической природы (например, в молекулах Н₂, Cl₂, О₂) общее электронное облако располагается в пространстве между ядрами симметрично. Такую КС называют неполярной. Если же связь образуют атомы разных элементов, то общие электроны смещаются в сторону атома с большим значением ЭО и такую КС называют полярной. Смещение электронной плотности в область более электроотрицательного элемента приводит к возникновению в его околоядерном пространстве эффективного отрицательного заряда q _–, и, наоборот, недостаток электронной плотности у взаимодействующего с ним атома ведет к появлению эффективного положительного заряда q ₊. Такая система представляет собой электрический диполь, поэтому мерой полярности КС является величина электрического момента диполя (ЭМД) связи m_А–В, Кл×м, которую можно оценить по формуле

(16)

где l – длина диполя. При оценочных расчетах длину диполя можно принимать равной длине связи.

ЭМД можно также выражать в дебаях, D: 1 D = 3,33×10^-30 Кл × м.

Полярную КС характеризуют при помощи степени ионности (СИ) и степени ковалентности (СК) связи, которые в сумме составляют 100 % (СИ + СК = 100 %). СИ показывает долю (%) смещенности общей электронной пары в область атома с большим значением ЭО. Ее можно оценить по формуле

% (17)

где е – заряд электрона (е = 1,602×10^-19 Кл).

Из уравнения (17) следует, что с увеличением DЭО взаимодействующих атомов СИ связи увеличивается, а СК связи уменьшается. Количественная связь между СИ и DЭО приведена на рис.1.

Рис. 1. Зависимость СИ от ΔЭО.

 

m_А–В – величина векторная, направленная от положительного полюса диполя к отрицательному. Например, в молекуле HF m_Н®F будет направлен от атома водорода к атому фтора, так как ЭО(F) > ЭО(Н) (см. табл.4).

Молекулы с полярными КС в зависимости от распределения суммарной электронной плотности всех связей в молекуле могут быть полярными и неполярными. Молекула считается неполярной, если ЭМД молекулы m , который определяется путем геометрического сложения ЭМД всех ее связей, равен нулю.

Например, в молекуле СО₂ (см. рис.2а), которая имеет симметричное линейное строение, ЭМД отдельных связей направлены в противоположные стороны и при их геометрическом сложении полностью компенсируют друг друга. Поэтому m = 0 и молекула СО₂ является неполярной.

В полярной молекуле m > 0, то есть геометрическое сложение векторов ЭМД связей дает конечный вектор m . Например, в угловой молекуле Н₂О (см. рис.2б) полярные связи располагаются под углом 104,5°. При геометрическом сложении ЭМД связей не происходит их взаимной компенсации (m > 0, молекула полярная).

 

а) б)

 

Рис.2. Векторное сложение ЭМД на примере молекул Н₂О и СО₂.

 

В табл. 6 приведены предполагаемые полярности молекул различной геометрической формы.

По методу молекулярных орбиталей (ММО) молекула рассматривается как единое целое – ядра атомов составляют каркас молекулы, а электроны атомов становятся общими для всей молекулы, и располагаются на молекулярных орбиталях (МО). Метод основан на следующих положениях:

1. МО образуются путем линейной комбинации АО, то есть сложения или вычитания исходных АО – метод линейной комбинации АО (ЛКАО).

По методу ЛКАО: если МО образуется в результате сложения АО, то её энергия будет ниже, чем энергия исходных АО. Такая орбиталь называется связывающей МО (обозначается s, p или d в зависимости от типа перекрывания электронных облаков). В случае вычитания АО возникающая МО имеет более высокое значение энергии, чем исходная АО и называется разрыхляющей (обозначается s^*, p^* или d^*). Электрон, находящийся на связывающей МО, обеспечивает связь между атомами, а электрон, находящийся на разрыхляющей МО, ослабляет связь между атомами;

2. При заполнении электронами МО выполняются принцип Паули и правило Гунда;

3. Число МО равно числу взаимодействующих АО реагирующих атомов. Например, при взаимодействии двух АО со стороны каждого атома в молекуле типа А₂ образуется четыре МО, из которых две связывающие и две разрыхляющие.

4. По возрастанию энергий МО двухатомных молекул первого периода и начала второго периода (до N₂ включительно) можно расположить в следующий ряд: σ < σ < σ < σ < π = π < σ < π = π < σ .

 

МО двухатомных молекул конца второго периода (от О₂ и далее) по возрастанию энергий располагаются в несколько иной ряд:

σ < σ < σ < σ < σ < π = π < π = π < σ ;

Таблица 6