ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гибридные связывающие орбиты. Тетраэдрический атом углерода из "Природа химической связи" Из приведенных выше соображений можно сделать вывод, что четырехвалентный атом углерода должен образовать три связи под прямыми углами друг к другу и четвертую более слабую связь (за счет использования s-орбиты) в некотором произвольном направлении. В действительности это, конечно, не так. Квантово-механическое рассмотрение этого вопроса приводит к заключению, что четыре связи углерода эквивалентны и направлены к вершинам правильного тетраэдра К как это и предполагалось на основании данных органической химии. [c.87] Провести строгий квантово-механический расчет валентных связей не удается, так как до сих пор уравнение Шре-дйнгера не было решено точно ни для одной сложной молекулы. Однако предпринимались различные попытки рассмотреть эту проблему приближенно они привели к разумным результатам, которые будут описаны ниже. [c.87] Мы опишем только наиболее простой способ, рассмотрение которого, однако, является наиболее важным, так как он прямо приводит к наибольшему числу удовлетворительных результатов. [c.87] ДЯ из него и используя общие принципы квантовой механики, можно сделать целый ряд выводов относительно направленных валентностей. Сюда относятся не только тетраэдрическое расположение четырех ординарных связей атома углерода, но и октаэдрическая и квадратная конфигурации связей (так же, как и другие конфигурации). Можно вывести правила, определяющие появление этих конфигураций, прочность связей и зависимость между конфигурацией и магнитными свойствами. Таким образом, один логичный постулат является основой большого числа стереохи-мических правил и может привести к новым стерео-химическим результатам. [c.88] В валентной оболочке атома углерода имеются четыре орбиты. Это 25- и три 2/ -орбиты с прочностью 1 и 1,732. Но они не являются теми орбитами, которые используются, когда атом образует связи (они специально приспособлены для описания свободного атома). Если бы квантовая теория разрабатывалась не спектроскопистами, а химиками, то, возможно, что вместо 5- и р-орбит фундаме -тальную роль играли бы описанные ниже тетраэдрические орбиты. Вообще волновая функция для системы может быть построена путем сложения разных функций. Волновой фун- кцией основного состояния будет та, при которой энергия системы минимальна (раздел 3). Энергия системы, состоящей из атома углерода и четырех присоединенных атомов, будет минимальной в том случае, когда энергия связи имеет нан-большое значение. Оказалось, что связывающая орбита, образованная линейной комбинацией 5- и р-орбит, взятых с определенными числовыми коэфициентами, имеет большую прочность связи чем 5- или р-орбита в отдельности. Прочность наилучшей гибридной 5 — р-орбиты составляет 2. Зависимость этой орбиты от углов изображена на рис. 18. Как видно, орбита сильно сконцентрирована в направлении связи (т. е. в направлении оси, по которой она обладает симметрией вращения). Легко понять, что эта орбита будет сильно перекрываться с орбитой другого атома и будет образовывать очень прочную связь. [c.88] Для того чтобы сделать энергию связи максимальной, должна иметь место эта гибридизация. [c.88] Результаты же изложенного выше рассмотрения связывающих орбит требуют, чтобы валентные углы углерода были близки к тетраэдрическому, так как отклонение от этого значения сопряжено с уменьшением прочности связи орбит углерода и, следовательно, с уменьшением стабильности системы. Очень интересно, что в метиленхлориде хлороформе, пропане, изобутане и многих других молекулах углы между ординарными связями атома углерода имеют значения около 110° или 112°, очень близкие к тетраэдриче-(жому углу 109°28. Некоторые из этих значений приведены в табл. 15. [c.89] Это показано на рис. 19 пунктирными кривыми, которые изображают квадраты прочности связи (т. е. Произведения прочностей эквивалентных орбит двух атомов, образующих связь), в зависимости от харак-1 тера орбит. Сплошные кривые изображают вычисленную энергию одно-У электронной связи, как функции природы орбит . Приблизительное совпадение сплошных и пунктирных кривых показывает, что прочность орбиты является мерой способности к образованию связи. [c.93] Вернуться к основной статье