ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гибридизация атомных орбиталей и форма многоатомных частиц из "Неорганическая химия" Чем полнее в пространстве перекрываются друг с другом электронные облака, участвующие в химической связи, тем меньшим запасом энергии (см. рис. 10) обладают электроны, находящиеся в области перекрывания и осуществляющие связь, и тем прочнее химическая связь между этими атомами. [c.55] Иногда связь между атомами прочнее, чем этого можно было ожидать, на основании расчета возможного перекрывания их орбиталей, формы которых находят из уравнения Шредингера (см. рис. 5—8). Чтобы объяснить такое расхождение экспериментальных фактов с теорией, предположили, что атомная орбиталь принимает форму, позволяющую ей более полно перекрываться с орбиталью соседнего атома. Изменить свою форму атомная орбиталь может, лишь комбинируясь с другими атомными орбиталями иной симметрии этого же атома. В результате комбинации различных орбиталей ( , р, и т. д.) возникают новые атомные орбитали промежуточной формы, которые называются гибридными. Перестройка же различных атомных орбиталей в новые орбитали, усредненные по форме, называется гибридизацией. Естественно, что число атомных орбиталей, несмотря на их видоизменение, сохраняется. [c.55] Гибридизация осуществляется при возбуждении атома, т. е. требует затрат энергии, которые должны быть ко лпенсированы при образовании химической связи с другим атомом. Поэтому т1редпо-лагается, что гибридные атомные орбитали образуются только тогда, когда их перекрывание с АО другого атома будет более полным (по сравнению с исходными АО). [c.56] Первое условие устойчивости гибридизации можно сформулировать следующим образом по сравнению с исходными атомными орбиталями гибридная атомная орбиталь должна более полно перекрываться орбиталью соседнего атома при образовании связи. [c.56] Второе условие ограничивает участие атомной орбитали в гибридизации в зависимости от характеризующих их энергетических уровней в гибридизации могут участвовать атомные орбитали, которым соответствуют близкие энергетические уровни. [c.56] Следовательно, в гибридизации могут участвовать 5- и р-орби-тали только одного — внешнего уровня и -орбитали внешнего или предвнешнего уровня. [c.56] Третье условие устойчивой гибридизации ограничивает участие в ней АО по их удаленности от ядра. В гибридизации могут участвовать атомные орбитали с достаточно высокой электродной плотностью, с тем чтобы при перекрывании гибридных атомных, орбиталей был заметен выигрыш энергии по сравнению с перекрыванием исходных АО. [c.56] При удалении атомных орбиталей от ядра с ростом главного квантового числа п они становятся более диффузными (расплывчатыми). Поэтому более устойчивая гибридизация осуществляется в атомах элементов, расположенных в начальных периодах. [c.56] Рассмотрим возможные случаи гибридизации различных орбиталей, участвующих в образовании химической связи. При этом следует иметь в виду, что гибридизировать могут как атомные орбитали, в которых пребывают холостые электроны (осуществляющие ковалентные связи), так и орбитали вакантные или содержащие электронную пару (образующие донорно-акцепторные связи). Волновая функция гибридной орбитали обозначается греческой буквой X (каппа). [c.57] В молекуле НС СН в связях со стороны атомов С участвуют по четыре электрона 5, р, р н Рг. Однако в гибридизации участвуют только з- и рх-орбитали, образующие а-связи с атомами Н, углы между которыми составляют 180° (рис. 15). Этим, обеспечивается более полное перекрывание друг с другом ру- и рг-орбиталей, оставщихся у атомов углерода, которое приводит к образованию двух л-связей между ними. Возникшие л-связи стабилизируют р-гибридное состояние АО. [c.57] Гибридизация. Три различные АО, комбинируясь друг с другом, образуют три одинаковые гибридные орбитали. Это происходит, например, при гибридизации одной 5- и двух р-орбиталей. Поскольку все три гибридные волновые функции эквивалентны, то каждая из них имеет характер на /з -орбитали и на /з р-орбитали. [c.58] Если в гибридизации участвуют -, р - и рг-орбитали, то они комбинируются так, как показано на рис. 16 В результате получаются три равноценных гибрида, расположенных под углом 120° относительно центра координат. [c.58] Такой тип гибридизации объясняет расположение всех трех связей в молекуле ВРз в одной плоскости. Подобные гибридные АО осуществляют химические связи со стороны атомов В, Оа, 1п, Т1 (в молекулах типа 1пХз, где Х=С1, Вг, I), С (в СОз и в С2Н4). [c.58] В молекуле этилена три из четырех атомных орбиталей каждого атома углерода, содержащих валентные электроны, подвергаются р -гибридизации (рис. 17). При этом две гибридные орбитали затрачиваются атомом углерода на а-вязи с двумя атомами водорода Н, а третья участвует в образовании о-связи между атомами углерода. Таким образом, все пять а-связей в этилене располагаются копланарно (в плоскости XV) и углы между ними составляют 120°. [c.58] Такая структура называется копланарно й. [c.58] Гибридные 5р-орбитали на / имеют характер -орбитали и на //4 — р-орбитали, поэтому у них более вытянутая форма, чем у р -орбиталей, и. от центра атома они расходятся под углами 109° (к вершинам тетраэдра). Подобный тип гибридизации имеется в атомах углерода С (в молекулах яH2n-f2), азота N (в ЫН ), титана Т1 (в Т1СЦ). [c.59] В молекуле этана все четыре валентные АО у каждого атома С находятся в р -гибридизованном состоянии и участвуют в образовании четырех ст-связей (с тремя атомами Н и с одним атомом С), располагающихся под углом 109° (рис. 18). [c.59] Впервые понятие о гибридизации было введено для объяснения структуры молекул органических веществ. Как было показано, в молекулах ненасыщенных углеводородов возможна р- и р -г ибри-дизация, а для насыщенных — р -гибридизация. За счет этого происходит значительный выигрыш в энергии при образовании связи вследствие более полного перекрывания гибридных орбиталей орбиталями соседних атомов. При переходе от исходных к гибридным орбиталям полнота перекрывания заметно увеличивается в последовательности 5р р 8р. Это проявляется в соответствующем упрочнении связи и в изменении ее длины (табл. 4). [c.59] В результате получаются шесть гибридных хр й -орбиталей, направленных от ядра атома к вершинам восьмигранника (октаэдра) под углом 90° относительно друг друга (рис. 19). [c.60] у -элементов четвертого периода (Сг, Мп, Ре, Со, Т1). например, в [Сг(ОН2)б] или [Ре(СЫб)] октаэдрические орбитали образуются из 3 -, 4 - и 4р-орбиталей. С одной стороны, октаэдрические орбитали могут возникнуть из одной 5-, трех р- и двух -орбиталей одного уровня, как, например, у алюминия А1 в [ Л1(ОН2 )б] серы 5 в 8Рб или у иода I в НбЮе. [c.60] Вернуться к основной статье