ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общие представления о различных видах электронных облаков ковалентных связей из "Курс теоретических основ органической химии издание 2" Применение квантово-механических представлений о природе электрона дает возможность подойти к решению вопроса о природе химической связи. В квантовой механике состояние движения электрона выражается некоторой волновой функцией ф. Квадрат волновой функции есть плотность вероятности нахождения электрона в данной области пространства if dv xb вероятность нахождения электрона в элементе объема dv. [c.71] Согласно толкованию квантовой механики, нельзя говорить об определенном положении электрона в той или иной точке или области пространства, а лишь о вероятности его нахождения в том или ином месте. Заряд электрона как бы размазан в определенной области вокруг ядра. Поэтому, когда говорят об электронном облаке или плотности этого электронного облака, то разумеют под этим облако вероятности и плотность вероятности [17]. [c.71] Согласно выводам квантовой механики, электрон в атоме водорода образует электронное облако вокруг ядра, убывающее от центра к периферии. При этом, однако, радиальная плотность (т. е. вероятность того, что электрон будет находиться в шаровом слое на расстоянии г от ядра), равная 4тгг ф , имеет максимальное значение на расстоянии первого боровского радиуса. [c.71] Представления квантовой механики дают возможность не только качественно описать, но и количественно рассчитать некоторые важные величины, например величины энергии химической связи для простейших молекул. [c.71] При взаимодействии двух атомов водорода, в результате которого образуется молекула водорода, происходит деформация и перекрывание электронных облаков, причем плотность электронного облака между ядрами увеличивается (а-связь стр. 72 и сл.). [c.71] В образовании химической связи могут принимать участие не только s-электроны, как это имеет место в случае атомов водорода, но р-, а также d-электроны. Напомним, что облако электронов, находящихся в р-состоянии, отличается от облака s-электронов (рис. 1). [c.71] Атом углерода, имея шесть электронов (ls 2s и 2р ), образует четыре ковалентных связи за счет участия четырех электронов, находящихся на внешней валентной оболочке при этом в валентнохимически связанном состоянии наблюдается образование нескольких иногда качественно тождественных связей, в метане, например,— четырех. Согласно выводам квантовой механики это обусловлено переходом одного электрона из ячейки 2s в ячейку 2р с последующей гибридизацией облаков этих электронов, в результате которой атом углерода переходит в одно из конкретных валентных состояний, требуемых для образования определенного соединения. [c.71] Таких возможных валентных состояний три хр -гибридизация, имеющая место при наличии у атома углерода четырех простых связей (1-ое валентное состояние), зр -гибридизация,—если атом углерода имеет только три о-связи (2-ое валентное состояние), и зр-гибридизация—при наличии двух а-связей (3-тье валентное состояние). [c.72] На рис. 2 показаны образование и форма одного из облаков связей при яр-гибридизации, а на рис. 3, 4 и 5 приведены форма и расположение всех электронных облаков при р -, хр - и яр-гибридизации. [c.72] При 5р -гибридизации, кроме трех электронных облаков, формы которых показаны на рис. 4, имеется еще двойное облако р-электрона (см. рис. 8). При яр-гибридизации таких р-электронов остается два (на рисунках они не показаны). [c.72] Ординарная связь между любыми атомами, так же как в молекуле водорода, имеет электронное облако, обладающее осевой симметрией, с увеличенной электронной плотностью между ядрами. Линия, проведенная через атомные ядра, является осью симметрии связывающего электронного облака. [c.72] Такие связи принято называть а-связями (сигма-связями), а соответствующие электроны—а-электронами. [c.72] Образование четырех одинаковых, равноценных гибридных облаков происходит только в тех случаях, когда в результате химического взаимодействия образуются четыре совершенно одинаковые валентные связи. Например, в метане, в четыреххлористом углероде все четыре гибридные облака, участвующие в образовании связей, одинаковы и состоят из 1/4 я-облака и р-облака. [c.73] В случае кратных связей—двойной или тройной—только одна связь, образованная с-элект-ронами, является а-связью и имеет осевую симметрию по линии связи. [c.74] В двойной связи вторая связь, согласно выводам квантовой механики, имеет наибольшую плотность электронного облака не по линии связи плотность электронного облака второй связи распределена симметрично относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через прямую, соединяющую центры атомов. Такие связи называются тг-свя-зями. [c.74] Облако каждого 1т-электрона является двойным (заряд электрона в таком двойном облаке распределен симметрично вокруг оси перпендикулярно направлению а-связи) и большая часть заряда сконцентрирована вблизи двух фокусов . Плотность электронного облака плавно убывает от центра к периферии схематично это представлено на рис. 8. [c.74] Очень часто облако тг-электронов изображают в виде вытянутых восьмерок. [c.74] При образовании двойной связи происходит перекрывание облаков 7г-электронов, находящихся у соседних атомов. Это перекрывание является наибольшим в том случае, когда оси симметрии облаков обоих т -электронов лежат в одной плоскости. [c.74] Тройная связь образуется одной а-связью с электронным облаком, ось которого совпадает с линией связи, и двумя и-связями в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. [c.74] Схематично двойную и тройную связи можно представить так, как это показано на рис. 9 и 10. [c.74] Вернуться к основной статье