Предыдущая Следующая
σ 104,5˚
1s2
0 σ H 1H ↑↑
Исходный угол в 90° между двумя р-орбиталями атома О увеличивается за счет
взаимного отталкивания атомов Н, несущих избыток положительного заряда (вследствие
смещения электронной плотности от Н к О).
Итак, структура молекул зависит прежде всего от вида и свойств тех орбиталей,
которые атомы предоставляют для образования химических связей. Но, помимо этого
фактора, на пространственное строение молекул влияет явление гибридизации орбиталей.
Гибридизацией называется образование новых равноценных
по форме и энергии орбиталей из орбиталей разного типа. Смешанные, гибридные
орбитали на схемах изображают условно:
Из одной s-орбитали и одной р-орбитали образуются две гибридные, смешанные орбитали sp-типа, направленные по
отношению друг к другу на 180°
Из одной s-орбитали и двух р-орбиталей образуются три sp2-гибридные орбитали,
расположенные в одной плоскости под углом 120° друг к другу:
sp3-гибридизация имеет
место, если объединяются одна s-орбиталь и три р-орбитали;
образуются четыре sp3-гибридные орбитали,
ориентированные уже не в одной плоскости, а в объеме тетраэдра и направленные от
центра тетраэдра к его 4 вершинам; валентный угол между двумя химическими связями
составляет 109° 28?
Возможны более сложные случаи гибридизации с участием d-электронов, (например, sp3d
2 - гибридизация).
Явление гибридизации, т.е. смешения, выравнивания электронной плотности,
энергетически выгодно для атома, поскольку у гибридных орбиталей происходит более
глубокое перекрывание и образуются более прочные химические связи. Небольшие затраты
энергии на возбуждение атома и гибридизацию орбиталей с избытком компенсируются
энергией, выделяющейся при возникновении химических связей. Валентные углы диктуются
соображениями максимальной симметрии и устойчивости.
Примером sp3-типа гибридизации служит строение
молекулы метана СН4. Атом углерода в
возбужденном состоянии имеет четыре неспаренных электрона: один
s- и три р-электрона. Казалось бы, четыре химические связи, образованные ими с
s-электронами четырех атомов водорода, должны быть неравноценными.
Однако экспериментально установлено, что все 4 связи в молекуле СН4 совершенно идентичны по
длине и энергии, а углы между связями составляют 109°28?. Следовательно, в
молекуле СН4 имеет место
sp3-гибридизация.
Предыдущая Следующая
|
