ГЛАВА 2 СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 2.1 ...

элементов в основном состоянии имеют во внешнем слое два спаренных s-электрона. Привозбуждении один s-электрон переходит в p-состояние, таким образом, получаются дванеспаренных электрона (s- и p- электроны). При образовании химической связи эти дверазличные орбитали преобразуются в две одинаковые гибридные орбитали (sp- орбитали),направленные под углом 180° друг к другу, т. е. две связи имеют противоположныенаправления, (см. рис. 1.35). Экспериментальное определение структуры молекул ВеГ 2 , ZnГ 2 ,СdГ 2 , HgГ 2 (Г - галоген) показало, что эти молекулы являются линейными и обе связиметалла с атомами галогена имеют одинаковую длину.Гибридизация одной s- и двух p- орбиталей (sp 2 - гибридизация). Такая гибридизацияимеет место при образовании соединений бора. Как уже указывалось, возбужденный атомбора имеет три неспаренных электрона - один s-электрон и два p-электрона. Из трехорбиталей образуются три эквивалентные sp 2 -орбитали, расположенные в одной плоскостипод углом 120° друг к другу (рис. 1.37). Действительно, как показывают экспериментальныеисследования, молекулы таких соединений бора, как галогениды BГ 3 , триметилбор В(СН 3 ) 3 ,борная кислота В(ОН) 3 , имеют плоское строение; три связи бора в указанных молекулахимеют одинаковую длину и расположены под углом 120° друг к другу.Гибридизация одной s- и трех р- орбиталей (sp 3 - гибридизация). Как уже указывалось,таким типом гибридизации объясняется валентность атома углерода. Образование sp 3 -гибридных связей характерно также для аналогов углерода - кремния и германия; связи,образуемые этими атомами, также имеют тетраэдрическую направленность.Выше отмечалось, что валентные углы в молекулах Н 2 O и NН 3 не точно соответствуютрасположению р-орбиталей и это обусловлено некоторым вкладом s-электронов вобразование химической связи. Такой вклад есть не что иное, как гибридизация.Электронное строение молекул воды и аммиака выражается схемами, показанными на с. 91.Четыре пары электронов в этих молекулах занимают четыре орбитали, которые близки кгибридным. Отличие валентных углов от тетраэдрических объясняется тем, чтогибридизация в данном случае неполная.Существенно, что пары электронов, не образующие химических связей (неподеленныепары) в молекулах NH 3 и Н 2 О, занимают орбитали, близкие к sp 3 -гибридным. Это объясняетмногие свойства Н 2 O и NH 3 , в частности, большой дипольный момент этих молекул.Вклад неподеленной пары в дипольный момент молекулы можно показать сравнениемвеличин µ для NH 3 и NF 3 . Структура этих молекул аналогична. Связь N−F более полярна,чем связь N−H (см. рис. 1.25). Принимая это во внимание, можно было бы ожидать, чтоµ(NF 3 ) больше, чем µ(NH 3 ). Однако в действительности наблюдается обратное: µ(NH 3 ) =4,44 · 10 −30 Кл·м, a µ(NF 3 ) = 0,72 · 10 −30 Кл·м. Данный факт объясняется тем, что направлениедипольного момента связей N−H и N−F различное, в первом случае атом азота заряженотрицательно, во втором - положительно. В молекуле NН 3 суммарный дипольный моментсвязей и дипольный момент неподеленной пары имеют одинаковое направление, онискладываются, в NF 3 направление этих дипольных моментов противоположное и онивычитаются. Вследствие этого молекула NF 3 имеет небольшой дипольный момент.Помимо рассмотренных примеров гибридизации орбиталей возможны и другие типыгибридизации, в частности, гибридизация с участием d-орбиталей (см. разд. 2.7).6. Одинарные, двойные и тройные связи. Рассмотрим химические связи в молекулеN 2 .Атом азота, обладающий электронной конфигурацией 1s 2 2s 2 2p 3 , имеет три р-орбитали,расположенные во взаимно перпендикулярных направлениях - по осям х, у и z.Предположим, что два атома азота приближаются друг к другу, двигаясь по оси y. Тогда придостаточном сближении две 2p y -орбитали перекрываются, образуя общее электронноеоблако, которое располагается вдоль оси, соединяющей ядра атомов (рис 1.38). Ковалентнаясвязь, образованная электронным облаком с максимальной плотностью на линии,соединяющей центры атомов, называется σ-связью.