Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Химия

Направленность  Просмотрен 735

Атомные орбитали, участвующие в образовании молекулярной орбитали, имеют различную форму и раз­ную ориентацию в пространстве. Это обусловливает пространст­венную направленность ковалентных связей, образуемых ато­мом, поскольку соединяемые атомы стремятся к максимальному перекрыванию их электронных орбиталей.

Направленность ковалентных связей характеризуется валентными углами (углами между соседними связями). Например, молекулы СН4, NH3, H2O имеют строго определённые значения валентных углов между ковалентными связями. Длина и валентные углы ковалентных связей определяют пространственную структуру (геометрию) молекул и многоатомных ионов.

 

Геометрия молекулы— это взаимное пространственное расположение её атомов, которое определяется длинами связей и валентными углами. Геометрия молекулы во многом определяет физические и химические свойства вещества. Представления метода валент­ных связей позволяют объяснить геометрию многих молекул. Например, атомы элементов VIA-группы в основном состоянии име­ют по два неспаренных р-электрона, облака которых вследствие электростати­ческого отталкивания располагаются перпендикулярно друг другу (рис. 6 а).При образовании молекул водородных соединений H2S, H2Se и H2Te две р-орбитали атомов соответствующих элементов перекрываются с s-орбиталями атомов водорода, образуя ковалентные связи, угол между которы­ми близок к 90°. Исключение составляет молекула воды, у которой валентный угол Н–О–Н равен 104,5°(таблица).

 

Углы между связями в молекулах водородных соединений элементов IV–VIA-групп

 

VIA-группа VA-группа IVA-группа    
Формула Валентный угол,° Формула Валентный угол,° Формула Валентный угол,°
H2О 104,5 NH3 107,78 СН4   109,5
H2S 92,2 РН3 93,3 SiH4  
H2Se 91,0 AsH3 91,5 GeH4  
H2Te 88,5 SbH3 91,3 SnH4  

 

Из рис. 6 бвидно, что близки к 90° и углы в молекулах водородных соединений элементов VA-группы (РН3, AsH3, SbH3), что хорошо согласуется с взаимным расположением трёх р-орбиталей, на которых находятся по одному неспаренному электрону. Исключением в этой подгруппе является молекула аммиака, у которой валентные углы

H–N–H равны 107,78° (табл. 1).

 

 

Рис. 6. Схема перекрывания электронных облаков в молекулах

соединений водорода с серой, селеном, теллуром (а), с фосфором,

мышьяком и сурьмой (б): пунктирными линиями изображены

атомные ns- и пр-орбитали,на которых находятся не связывающие электронные пары

 

Труднее объяснить с позиций метода валентных связей геометрию молекул, образуемых водородом с элементами IVA–группы. Атомы этих элементов в возбуждённом состоянии имеют по четыре неспаренных электрона: один на s-орбитали и три на р-орбиталях. При образовании гидридов СН4, SiH4, GeH4, SnH4 возникают четыре ковалентные связи. Три из них образованы за счёт перекрывания р-облаков атомов элементов четвёртой группы и s-облаков атомов водорода. Эти ковалентные связи должны иметь равную длину и энергию и располагаться под углом 90° друг к другу. Образование четвертой связи могло осуществиться за счёт перекрывания s-облаков атомов углерода и водорода, и она должна отличаться от других ковалентных связей по длине и энергии и располагаться по отношению к любой из них под углом около 125°. Однако установлено, что молекулы гидридов элементов IVA–группы имеют форму тетраэдра с углами между связями, равными 109,5°, и при этом все ковалентные связи рав­ноценны по длине и энергии.

Таким образом, структуру молекул гидридов элементов IVA-группы (воды, аммиака и многих дру­гих молекул) невозможно объяснить с позиций только положе­ний метода валентных связей.

Для объяснения пространственного строения молекул или многоатомных ионов с учётом направленности ковалентных связей Л. Полинг предложил концепцию гибридизации атомных орбиталей.

 

Предыдущая статья:Насыщаемость Следующая статья:Гибридизация атомных орбиталей
page speed (0.1114 sec, direct)