Лекция 9

Лекция 9
Химическая связь. Описание ковалентной
химической связи методом молекулярных
орбиталей. Предсказание геометрии молекул
методом Гиллеспи.
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
Ковалентная
Ионная
Металлическая
ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ ДОЛЖНА
1. Объяснять, как образуется химическая связь?
2. Объяснять, почему молекулы устойчивее отдельных атомов?
3. Предсказывать свойства молекул.
4. Предсказывать строение молекул.
Образование химической связи в молекуле H2
Силы притяжения
Силы отталкивания
между ядрами одного атома и
электронами другого.
между ядрами и электронами
атомов.
Образование химической связи в молекуле H2
Силы притяжения
Силы отталкивания
между ядрами одного атома и
электронами другого.
между ядрами и электронами
атомов.
Образование химической связи в молекуле H2
Силы притяжения
Силы отталкивания
между ядрами одного атома и
электронами другого.
между ядрами и электронами
атомов.
длина связи
область перекрывания
(σ‐перекрывание)
МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНЫХ
ОРБИТАЛЕЙ
В атоме состояние электрона описывает АТОМНАЯ ОРБИТАЛЬ φ.
В молекуле состояние электрона описывает МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОРБИТАЛЬ
ψ.
Молекулярные орбитали МО образуются линейной комбинацией атомных
орбиталей АО
МО-ЛКАО
ψ(+) = С1φ1 + С2φ2
С1*φ1 – С2*φ2
С1, С2 и С1*, С2* — определяют вклад АО в МО
МО (ψ) соответствует определенная Е
⎮ψ⎮2dv — вероятность нахождения электрона в объеме dv
ψ(–)
=
МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНЫХ
ОРБИТАЛЕЙ
Е
Е
ψ(–)
разрыхляющая
1s
σ∗
1s
1s
σ
ψ(+)
связывающая
МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНЫХ
ОРБИТАЛЕЙ
Е
1.
МО образуются при перекрывании АО.
2.
Число образующихся МО равно числу АО,
принимающих участие в образовании связи.
3.
Энергии связывающих МО ниже энергий АО,
энергии1s
разрыхляющих МО — выше энергий АО,
1s
принимающих участие в образовании связи.
4.
Электроны размещаются на МО согласно
принципу наименьшей энергири, принципу Паули
1s
и правилу Хунда.
5.
Химическая связь между атомами образуется,
если число электронов на связывающих МО
больше числа электронов на разрыхляющих МО
(Кратность связи n = ½(Nсв. – Nразр.)
Е
σ∗
σ
n=1
E св.= 432 кДж/моль
МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНЫХ
ОРБИТАЛЕЙ
Е
Е
Е
σ∗
σ∗
1s
σ
n=0
Е
1s
σ
n=1
E св.= 432 кДж/моль
Энергетические диаграммы
МО H2+, H2, Н2– и HeH
Энергетические диаграммы
МО Li2 и Be2
Е
Е
σ s∗
2s
2s
σ s∗
2s
σs
2s
σs
1s
n=1
Eсв. = 99 кДж/моль
n=0
ПЕРЕКРЫВАНИЕ ОРБИТАЛЕЙ p-ТИПА
σ p∗
х
2px
2px
σp
π y∗ или π z∗
у
или
z
2py 2py
ИЛИ
2pz 2pz
π y или π z
э
н
е
р
г
и
я
э
н
е
р
г
и
я
Энергетическая диаграмма МО гомоядерных молекул
2-го периода (E2р – E2s > 15 эВ)
Е
O
F
σ p∗
πy∗
17 эВ
23 эВ
И
2pz 2pz
πz∗
2px
2px
2p
πz
πy
σp
σ s∗
2s
σs
2py 2py
2s
2s
Энергетические диаграммы МО
σ p∗
Е
πy∗
O2 и F2
σ p∗
Е
πz∗
2p
πy∗
πz∗
πy
πz
2p
πy
πz
σp
σp
σ s∗
2s
σs
n=2
σ s∗
2s
σs
n=1
Энергетическая диаграмма МО гомоядерных молекул
2-го периода (E2р – E2s < 15 эВ)
B
C
N
5 эВ
8 эВ
12 эВ
Энергетические диаграммы МО молекул
B2
C2
N2
1
2
276
E св.,
кДж/моль
595
n
O2
F2
3
2
1
942
494
155
Энергетические диаграммы МО гетероядерных молекул
1.Исходные АО дают разный вклад в Е св. и Е разр. МО.
2.Число МО = число АО; число св.МО = число разр.МО = число АО того
атома, у которого их меньше.
3.Эффективно перекрываются АО энергия которых отличаться не
более чем на 20 эВ.
4.Эффективно перекрываются АО симметрия которых относительно
межъядерной оси одинаковая.
5.АО не участвующие в эффективном перекрывании переходят в
несвязывающие МО без изменения энергии.
Энергетические диаграммы МО гетероядерных молекул
1.Исходные АО дают разный вклад в Е св. и Е разр. МО.
2.Число МО = число АО; число св.МО = число разр.МО = число АО того
атома, у которого их меньше.
3.Эффективно перекрываются АО энергия которых отличаться не
более чем на 20 эВ.
4.Эффективно перекрываются АО симметрия которых относительно
межъядерной оси одинаковая.
5.АО не участвующие в эффективном перекрывании переходят в
несвязывающие МО без изменения энергии.
Энергетическая диаграмма МО молекулы СО
С
– 11 эВ
О
σ p∗
πy∗
πz∗
– 17 эВ
σp
πy
– 19 эВ
πz
σ s*
σs
n=3
E св. = 1068 кДж/моль
– 34 эВ
Энергетическая диаграмма МО молекулы LiF
Li
σ p∗
F
– 5 эВ
эффективное
2s
2рx
х
несв.
неэффектиное
–20 эВ
σ
х
2s
2рy
или
2рz
n=1
E
Энергетическая диаграмма МО молекулы NH3
3H
N
разр.
МО = АО = 7
МОсв. = МOразр. = 3
МОнесв. = 1
несв.
связ.
Молекула прочная
Полярная ?
ne = 8
МЕТОД ОТТАЛКИВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПАР (метод Р.Гиллеспи)
Правило 1:
Электронные пары, окружающие центральный атом, располагаются
в пространстве так, чтобы находиться на максимальном расстоянии
друг от друга.
Правило 2:
Неподеленная электронная пара занимает в пространстве больший
объем, чем поделенная пара электронов.
Определение геометрии
молекулы
BeCl2
BF3
CH4
NH3
H2O
1
Число валентных е–
у центрального атома (А)
2
3
4
5
6
2
Число неспаренных е–
у атомов окружения (В)
2
3
4
3
2
3
Полное число е–
4
6
8
8
8
4
Число пар
2
3
4
4
4
5
Число неподеленных пар (Е)
1
2
МЕТОД ОТТАЛКИВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПАР (метод Р.Гиллеспи)
Правило 1:
Электронные пары, окружающие центральный атом, располагаются
в пространстве так, чтобы находиться на максимальном расстоянии
друг от друга.
Правило 2:
Неподеленная электронная пара занимает в пространстве больший
объем, чем поделенная пара электронов.
BeCl2
BF3
CH4
NH3
H2O
1
Число валентных е–
у центрального атома (А)
2
3
4
5
6
2
Число
АВ2неспаренных е–
у атомов окружения (В)
2
3
4
3
2
3
Полное число е–
4
6
8
8
8
4
Число пар
2
3
4
4
4
5
Число неподеленных пар (Е)
1
2
МЕТОД ОТТАЛКИВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПАР (метод Р.Гиллеспи)
Правило 1:
Электронные пары, окружающие центральный атом, располагаются
в пространстве так, чтобы находиться на максимальном расстоянии
друг от друга.
Правило 2:
Неподеленная электронная пара занимает в пространстве больший
объем, чем поделенная пара электронов.
BeCl2
BF3
CH4
NH3
H2O
1
Число валентных е–
у центрального атома (А)
2
3
4
5
6
2
Число неспаренных е–
у атомов окружения (В)
2
3
4
3
2
3
Полное число е–
4
6
8
8
8
4
Число пар
2
3
4
4
4
5
Число неподеленных пар (Е)
1
2
АВ3
МЕТОД ОТТАЛКИВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПАР (метод Р.Гиллеспи)
Правило 1:
Электронные пары, окружающие центральный атом, располагаются
в пространстве так, чтобы находиться на максимальном расстоянии
друг от друга.
Правило 2:
Неподеленная электронная пара занимает в пространстве больший
объем, чем поделенная пара электронов.
BeCl2
BF3
CH4
NH3
H2O
1
Число валентных е–
у центрального атома (А)
2
3
4
5
6
2
Число неспаренных е–
у атомов окружения (В)
2
3
4
3
2
3
Полное число е–
4
6
8
8
8
4
Число пар
2
3
4
4
4
5
Число неподеленных пар (Е)
1
2
АВ4
МЕТОД ОТТАЛКИВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПАР (метод Р.Гиллеспи)
Правило 1:
Электронные пары, окружающие центральный атом, располагаются
в пространстве так, чтобы находиться на максимальном расстоянии
друг от друга.
Правило 2:
Неподеленная электронная пара занимает в пространстве больший
объем, чем поделенная пара электронов.
BeCl2
BF3
CH4
NH3
H2O
1
Число валентных е–
у центрального атома (А)
2
3
4
5
6
2
Число неспаренных е–
у атомов окружения (В)
2
3
4
3
2
4
6
8
8
8
2
3
4
4
4
1
2
е–
АВ3Е
3
Полное число
4
Число пар
5
Число неподеленных пар (Е)
МЕТОД ОТТАЛКИВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПАР (метод Р.Гиллеспи)
Правило 1:
Электронные пары, окружающие центральный атом, располагаются
в пространстве так, чтобы находиться на максимальном расстоянии
друг от друга.
Правило 2:
Неподеленная электронная пара занимает в пространстве больший
объем, чем поделенная пара электронов.
BeCl2
BF3
CH4
NH3
H2O
1
Число валентных е–
у центрального атома (А)
2
3
4
5
6
2
Число неспаренных е–
у атомов окружения (В)
2
3
4
3
2
4
6
8
8
8
2
3
4
4
4
1
2
е–
АВ2Е2
3
Полное число
4
Число пар
5
Число неподеленных пар (Е)
МЕТОД ОТТАЛКИВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПАР (метод Р.Гиллеспи)
Правило 1:
Электронные пары, окружающие центральный атом, располагаются
в пространстве так, чтобы находиться на максимальном расстоянии
друг от друга.
Правило 2:
Неподеленная электронная пара занимает в пространстве больший
объем, чем поделенная пара электронов.
Правило 3:
Наличие в молекулах кратных связей не влияет на геометрию
молекул.