Химическая связь Тема 6
Химическая
связь
Тема 6
Природа химической связи
• Взаимодействие между атомами при образовании химической связи носит электростатический характер
• Ионная связь Взаимодействие между разноименно заряженными ионами
• Металлическая связь Взаимодействие между положительно зараженными ионами и отрицательно заряженными свободными электронами, которые могут свободно перемещаться в межионном пространстве
Природа химической связи
• Ковалентная связьВзаимодействие между положительно заряженными ядрами атомов и обобществленными парами отрицательно заряженных электронов (которые находятся в межъядерном пространстве)
• Ковалентная связь является наиболее универсальнойразновидностью химической связи.
Образование
химической
связи по
Льюису
Метод
валентных
связей
Достоинства и недостатки МВС
• объяснение образования связи между
одинаковыми атомами
• объяснение образования кратных связей
• объяснение образования связи по донорно-
акцепторному механизму
• многочисленные отклонения от правила
октета
• необходимость вводить новые допущения
при объяснении "резонансных структур"
Донорно-акцепторный механизм
Определение геометрического строения молекул.
Метод отталкивания валентных электронных пар
1940 г. –
Н. Сиджвик, Г. Пауэлл;
1957 г. –
Р. Гиллеспи, Р. Найхолм)
Определение структуры молекул
по Гиллеспи• 1. Определить центральный атом (обычно одиночный)
• 2. Определить число атомов, связанных с центральным (ЧА)
• 3. Определить число оставшихся неподеленных пар у центрального атома (НП)
• 4. Рассчитать стерическое число СЧ = ЧА + НП
• 5. Определить строение молекулы, соответствующее стерическому числу.
• 6. Провести корректировку строения молекулы с учетом того, что наиболее сильное отталкивание наблюдается между неподеленными парами, затем - между электронными парами, образующими кратные связи, и, наконец, наименее сильное отталкивание наблюдается между электронными парами, образующими одинарную ковалентную связь.
Пример: SO2
1. Центральный атом – S
2. C центральным атомом связаны – 2 --- O = S = O
3. Неподеленных пар – 1
4. Стерическое число = 2+1 = 3
5. Фигура – треугольник
6. Искажения – угол SOS меньше 120o
Отклонения от правильной
геометрической структуры
Структуры
молекул по
Гиллеспи
Структура молекул со стерическим числом 5
Предсказание структуры молекул
в методе ОВЭП
Метод
молекулярных
орбиталей
Комбинирование
электронных орбиталей
исходных атомов
Связывающая и
разрыхляющая
орбитали в
молекуле
водорода
Энергетическая
диаграмма
молекулярных
орбиталей,
образующихся за
счет перекрывания
1s-орбиталей
исходных атомов
Описание
гомоядерных
молекул
элементов
I-го периода в
рамках
метода МО
Образование
- и -связей
при
перекрывании
электронных
орбиталей
Описание процесса образования химической
связи с точки зрения метода молекулярных
орбиталей (МО)
• 1. Электроны в молекуле, как и в атоме, занимают соответствующие орбитали, которые характеризуются своим набором квантовых чисел;
• 2. Число образующихся молекулярных орбиталей равно числу атомных орбиталей участвующих в их образовании;
• 3. Распределение электронов по молекулярным орбиталям, так же как и в атоме, подчиняется принципу наименьшей энергии, принципу Паули и правилу Хунда;
• 4. Для молекул, образованных атомами одного химического элемента (гомоядерных), выигрыш в энергии за счет образования связывающей орбитали компенсируется повышением энергии разрыхляющей орбитали. На энергетической диаграмме обе орбитали располагаются симметрично относительно атомных орбиталей:
Энерги
яАтомные
орбитали
атома А
Атомные
орбитали
атома B
Oрбитали молекулы
AB
Молекула Li2
Длина связи, Å = 2,67
Энергия связи, кДж/моль = 110
s
s*
x, y
p
p*
x*, y
*
2s
2p
2s
2p
Энерги
яАтомные
орбитали
атома А
Атомные
орбитали
атома B
Oрбитали молекулы
AB
Молекула Be2
Длина связи, Å =
Энергия связи, кДж/моль = 0
s
s*
x, y
p
p*
x*, y
*
2s
2p
2s
2p
Энерги
яАтомные
орбитали
атома А
Атомные
орбитали
атома B
Oрбитали молекулы
AB
Молекула B2 (парамагнитная)
Длина связи, Å = 1,59
Энергия связи, кДж/моль = 274
s
s*
x, y
p
p*
x*, y
*
2s
2p
2s
2p
Энерги
яАтомные
орбитали
атома А
Атомные
орбитали
атома B
Oрбитали молекулы
AB
Молекула C2
Длина связи, Å = 1,24
Энергия связи, кДж/моль = 603
s
s*
x, y
p
p*
x*, y
*
2s
2p
2s
2p
Энерги
яАтомные
орбитали
атома А
Атомные
орбитали
атома B
Oрбитали молекулы
AB
Молекула N2
Длина связи, Å = 1,10
Энергия связи, кДж/моль = 942
s
s*
x, y
p
p*
x*, y
*
2s
2p
2s
2p
Энерги
яАтомные
орбитали
атома А
Атомные
орбитали
атома B
Oрбитали молекулы
AB
Молекула O2 (парамагнитная)
Длина связи, Å = 1,21
Энергия связи, кДж/моль = 493
s
s*
x, y
p
p*
x*, y
*
2s
2p
2s
2p
Энерги
яАтомные
орбитали
атома А
Атомные
орбитали
атома B
Oрбитали молекулы
AB
Молекула F2
Длина связи, Å = 1,417
Энергия связи, кДж/моль = 139
s
s*
x, y
p
p*
x*, y
*
2s
2p
2s
2p
Энерги
яАтомные
орбитали
атома А
Атомные
орбитали
атома B
Oрбитали молекулы
AB
Молекула Ne2
Длина связи, Å =
Энергия связи, кДж/моль = 0
s
s*
x, y
p
p*
x*, y
*
2s
2p
2s
2p
Описание процесса образования химической
связи с точки зрения метода молекулярных
орбиталей (МО)
5. В гетероядерных (разноэлементных) молекулах связывающие орбитали по энергии ближе к орбиталями более электроотрицательного атома (B), а разрыхляющие – ближе к орбитали менее электроотрицательного атома (A). Разность в энергиях исходных атомных орбиталей (b) равна полярности связи. Эта разность является мерой ионности связи, а разность в энергиях между связывающей орбиталью и атомной орбиталью более электроотрицательного атома определяет ковалентность связи.
6. Кратность химической связи равна половине разности числа электронов, расположенных на связывающих орбиталях, и числа электронов на разрыхляющих.
Энергетическая
диаграмма для
молекулы NO
Описание гетероядерных молекул в методе МО
• Дипольный момент
• Для q = e = 4,80 10-10 эл.стат.ед.
l = 1 Å
= 4,80 Д (Дебая)
Дипольный момент молекулы –
связь с полярностью связи
+q -q
l
lq
Дипольный момент молекулы –
связь с полярностью связи
• Для HF (эксп.) = 1,82 Дl = 0,92 Å
• При условии полностью ионной связи(теор.) = 4,4 Д
• Поэтому степень ионности
• Для HFСИ = 1,82/4,4 100% = 45%
%100.)(
.)(
теор
эксперСИ
Степень ионности для бинарных молекул
Полярность связи и
полярность молекулы
Типы межмолекулярного
взаимодействия
- ++
-
- + - +
- +
- + - +
+
-
+
-
+-
+--+
ДипольНеполярная
молекула
Индуцированный
диполь
Индукционное
Ориентационное
Дисперсионное
Зависимость температуры кипения
благородных газов от порядкового номера
элементов
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
He Ne Ar Kr Xet, oC
0
10
20
30
40
50
60
n(элек
тронов)
t(кип.) число электронов
Дисперсионное взаимодействие
(Ван-дер-ваальсовы силы)• Генерация мгновенных диполей за счет флуктуаций
электронной плотности
• И полязизуемость, и поляризующее действие ионов зависит от электронной структуры, заряда и размера иона.
• Поляризуемость усиливается с ростом числа внешних электронов.
• Максимальная поляризуемость - у ионов, имеющих 18-электронные внешние оболочки.
_
_
_
+
+
+
+
+
+
_
_
_
Влияние
межмолекулярного
взаимодействия на
физико-химические
свойства