Неполярная  ковалентная связь

 

Образуется при соединении атомов с одинаковыми значениями ЭО.

 Это молекулы H ₂, F ₂, Cl ₂, N ₂, O ₂  и др. Химическая связь образуется за счет общих электронных пар, путем перекрывания электронных облаков.

 

Как изображают химическую связь(рассмотрим на примере молекулы H ₂):

1) с помощью структурных формул   Н – Н (предложил А.М. Бутлеров 1869 г)

2) с помощью электронных формул   Н^∙ + Н^∙  → Н:Н    (Льюис, Коссель 1916г)

3) с помощью квантовых ячеек  (Лондон, Гейтлер 1927г)

Лондон и Гейтлер развили представления Льюиса. С точки зрения квантовой механики молекула   H ₂   образуется за счет парыэлектроновс антипараллельными спинами. Молекула водорода состоит из двух ядер и двух электронов. При сближении атома возникают силы притяжения и отталкивания. Устойчивое состояние: когда силы притяжения уравновешивают силы отталкивания. Это состояние отвечает определенной длине связи.

Рис. 4.1 Изменение энергии при сближении атомов водорода.

(1): Н↑ + Н↓ → Н ↑↓Н притяжение

(2): Н↑ + Н↑ → Н ↑↑Н отталкивание

4) Метод валентных связей (Лайнус Полинг, Слейтер  30-е годы 20-го века).

Простую одинарную связь образуют 2 электрона с антипараллельными спинами, принадлежащие двум атомам. При образовании связей происходит перекрывание орбиталей валентных электронов. Связь располагается в том направлении, в котором возможность перекрывания орбиталей является наибольшей. Из двух орбиталей более прочную связь образует та, которая сильнее перекрывается орбиталью другого атома.

 

 

 

σ -Сигма связь образуется по линии, соединяющие центры атома. Связь прочная. Связь S-S электронов в молекуле H ₂ ненаправленная, р-р электронов в молекуле Cl ₂ направленная, в 3 раза сильнее связи S-S.

π - Пи свзязь образуется в направлении, перпендикулярном линии, соединяющей центры атомов (двухцентровая связь. π - связь более слабая, чем σ).

Строение молекулы N ₂:

Метод МО ЛКАО

(молекулярные орбитали линейная комбинация атомных орбиталей) (Роберт Малликен, 30-40 г XXв, Нобелевская премия – 1966г)

Постулаты метода:

1) При образовании ковалентных связей между атомами из их атомных орбиталей (АО) образуются молекулярные орбитали (МО). Число МО равно числу АО, участвующих в их образовании.

2) МО делятся на связывающие и разрыхляющие. Энергия связывающих орбиталей меньше энергии АО, а энергия разрыхляющих больше энергии АО.

3) МО бывает двух типов: π и σ (пи, сигма)

4) Электроны заполняют МО как и АО в соответствии с принципом Паули, правила Хунда и принципом наименьшей энергии.

5) Молекула будет устойчивой, если число электронов на связывающих МО больше числа электрона на разрыхляющих МО.

Строение молекулы Н₂ методом МО ЛКАО:

Молекула кислорода парамагнитна, втягивается в магнитное поле. Молекула O ₂ имеет два неспаренных электрона. Строение молекулы O ₂ было объяснено только методом МО ЛКАО.

Строение молекулы O ₂ методом МО ЛКАО:

 

Полярная ковалентная связь

Образуется при взаимодействии атомов,  ЭО  которых отличается незначительно, например молекула Н Сl    Н ЭО-2.1;   Сl ЭО-2.89

    Лайнус Полинг показал, что при образовании связи может происходить sp ³, sp ² и   sp  гибридизация.

Гибридизация – это выравнивание электронных облаков по форме и энергии, с целью достижения максимального перекрывания при  образовании  химической связи.

1) Примеры     sp ³ гибридизации:  молекулы CH₄, H₂O, NH₃, SiH₄, PH₃.

В пространстве гибридные sp ³ облака направлены к вершинам тетраэдра. Тетраэдрический угол 109^◦28 в молекуле CH ₄. Рассмотрим строение молекулы NH ₃:

 

 

Строение молекулы H ₂ O: сжатие угла связанно с увеличением числа неподеленных электронных пар.

Вывод:  молекулы в sp ³ гибридизации имеют тетраэдрическое строение.

2) Пример   sp ² гибридизации:   BCl ₃.

В пространстве гибридные sp ² орбитали  располагаются в одной плоскости под углом 120 градусов, а негибридная   p -орбиталь располагается перпендикулярно этой плоскости

 

3) Пример sp гибридизации:    Be Cl ₂

 

В пространстве гибридные sp – орбитали располагаются по прямой, а две негибридные p –орбитали  располагаются перпендикулярно этой прямой.