часть 1 (975557), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Эта гипспетическое состояние показано на рис. 3.6. Легко заметить, что три угла 11,-С-Н,„Н СС-Н, и На-С-Н„равны 90 и все три одинаковых угла, подобных Н,-С-1-1,, равны -125'. Кроме того, поскольку атомы Н,, Не и Н, связаны с атомом углерода р-орбиталямп, все э>и трк связи должны были бы быть эквивалентны и, следовательно, равны но длине, в го прети как нельзя было ожидать, чтооы связь С вЂ” Н,, образованная за счет а-орбитали, обла.
дала бы такой же длипая. Огнпко с полнап определенностью известно, что метан ие обладает ~акой с ~ рукт) раи. Б действительности все длины связей С вЂ” Н и все ) глы между ппмп равпьц а молекула Р и с. 3.6. Геометрическая сгртк>> ра чешка, ьс пи м оп лол ьен был бы пчетгч если бы аточ углерода при ~кчрачйиапнп С-М гак ю~ попель>овал чистые водо родные орбита>ж и орби пали зп 2рк, 2р, и 2р . представляет собой правильный тетраэдр. Из этого можно сделать вывод, что валентное состояние углерода таково, что четь>)ю его валептных электрона образуют четыре эквивалентные орбитали, которые направлены к нерп~янаи> тетрпэдра.
Такое валептное состоя. пие и обозначено как 1',. Следу'ощпй вопрос закгиочастся в том, как можно выразить набор гэкпх напивался>ных арбпгалей при памоши основного набора водородных орби>алей: 2>, 2рт, 2рк и 2ртр Если имеются четыре совершенно эквявалептпые орбитали, каждая из яих должна иметь одинаковую долю з-харакглера (на одну четверть) и одинаковую долю р-харакп>ера (на три четверти), причем возникающая при этом орбиталь должна быть нормирована.
Мож>ю произвольно выбрать направление одной из таких арбиталей, направив ее, например, вдоль ося г. Ня рк, ни рп не могут входить в эту орбиталь, так как опи имеют точно значение 0 по оси г, и атс>ода следует, чта эта арбпталь целиком состоят яз л н р,. Следовательно, ее обптая форма должна иметь вид >т> (э+йр,) где й — коэффициент наложения, который еще долл'еп быть установлен. и М вЂ” нормирующий множктель.
Можно показать, что й=)т 3, так как вероятность, что электрон обладает р„-характс. рам, в три раза больше вероятности того, что электрон обладает пп!«под«» химическая сВязи 9гг глявл» 94 ~ !Ьгг«1«Л» =3 ) (»1'г!» Лг — ' э-хараг»те(гам, и зтп вероятности пропорциональны квадратам волновых функций, ». е. и поскольку р„и «нормированы порази»о то гг=) '3.
Значение Лг ветка найти нормированием (зй Р Зр,), т. е. ~ Г'"(; ! Зр«)1«г(» — 1 Л г — ~ ! зг й» вЂ” 3 ~ р! ггг»1 - (! - 3) ' при этом использована также ортагональносгь з- и уг,-орби»алей. Выражения для г!ругг»х орбитадей эквивалентны наиденному; направления граничных поверхностей этих арбнталей образуют угол 109" к оси г.
Этн выражения можно получить аналогичпымрассуждением, но тригонометрические сложности делают практически нецелесообразным рассмотрение их здесь. (Вьшад для полного набора всех орбиталей буде» дан позже в более простых случаях.) Э»от набор четырех эквивалентна направленных орбиталей является примером набора гибриг!ных орбшпгьэаг1; эти четыре орбитали обычно называют эрсгибридаыи для того, пабы )ка»ать нх строение, выраженное при па»гац»и атомных орбпгалей водорода. В обычном употреблении, хотя довольно неточно, говорят„что атом углерода «имеет зрз-гибридизацию».
!1сред тем как перейти к дальнейшему обсуждению гибридгиации, дополним объяснение описанием различия между валентным сосгояшгем»!, и стационарным состоянием яр"'. Чтобы возбудить атом углерода и перевести его из стационарного состояния эргг в валептпое состояние, проводят две операции: !) з- и гри р-орби. тали гибрндггзучог с гсм, чтобы абпазовать четыре «р«-гибрида, кажты!г из ко»орых заселен одним элок»рогю«г; 2) про преимугпественную армен»амиго спипов этих электронов, обусловленную взаимодействием сгпшов межд) собой или их движением по орбиталям, предоставляя им совершенно свободно, случайно и легко соединяться в пары са спииамн электронов других атомов.
Оба зти пропесса требуют вклада энергии, причем в этом случае общая энергия составляет бай клал!е-аггггьгг. Отметим вновь, ч»о валентине состояние вообще неидснтично стационарному состоянию атома н идея а гвозбуждении валентиога сосгояниягг представляет собой только мыслсннУю констРУгкц~по, кгпоРаи поле«ига пРи 1«ассмо»Ронни вопроса об образовании связи. Теперь вернемся к систематическому рассмо»рениго гибридизации, причем начнем с наиболее прас»ого и обычного типа, т. е. с эр-гибриднзацгги.
Вернллни в основном состоянии имеет конфигурацию 1«Я2«г и без возбуждения в более высокое состояние пе мог бы образовать никаких двухэлектро~ных связей. Обычно о~ ооразует соединения, такие, как ВеС!ги БеВго н Ве (С! 1«) „х|олекулы которых Р гг о. зд, с«яия оерюояовия гиерихиов «я огэгяг»ялгг ьо«гг«ггяяяияй ь и р-орби»алии. в газообразном состоянии линейны. Чтобы объяснить это, предположим, что при возбуждении атом переходит сначала в состояние 2 з2р, а затем в валентное состояние с зр.гибридизациейг. Физическое объяснение построения этого гибрида можно понять, если обрати.
ться к рнс. 3.7 (алгебраические преобразования в этом случае довольно просты). Поскольку две, гибридные орбнтади должны быть эквивалентны, ани должны иметь равные доли з- и р-характера, т. е. как э-, так и р;орбнтали должны входгпь в гибриды в равнои мере. Таким образом, они должны иметь форму Лг(э+р) и Лг'(«' — р), где Л! и Лп — нормирующие ыггожггтелн, Легко паказатчм чта зти две орбнтали ортагопальны: ~ Лг (з -1- р) гг" (з — р) от = Л'Л' ~ зэ г!т — Л Л" ~ ря»(т = Л Л" (1 — 1) = 0 ПРИРОДА ХИМНЧЯСКОЙ СВЯЗИ ГЛАВА Э 9Е 9т Из условия нормирования А>э ~ (ч+р)ег(т = А>е ~ сег!т-, Аэ ~ рес!т=2А>э=1 следует А(=У>"=)> ', Атом Х, использующий пару таких зр- пан гибридных орбиталей, может образовать две эквивалентные связи с другитн> атомами или одновалентными группамн Ъ', давая при этом линейные хвлекулы УХ'х'. Газообразные галогепнды (но пе гвср>дэле соединения) всех элементов 11 группы имеют лине!.ную сгруктуру ", которая может быть отнесена к зр-гпбрндиеачнн агоча металла.
Естественно, полносзью ионные молекулы Т Х' У также стремплнсь бы по закону электростатики иметь линейную стр) кчуру, поеному линейность сама по себе не указывает па ковалент>>осгь связи; однако во хшогнх случаях сугцеству>от раэличнь~е способы доказательсчва предположения о суц(ественно ковалептном характере связей. Галогеннды и псевдогалогениды ртути, например Нй(СМ)э, несомненно, преимущественно ковалентны. Для этих линейных молекул постулнруеи, что рту>ь с конфигурацией (ХВ15г(>абае использует бэбр-гибридные орбнталн.
Элементы Ш группы, которые в основном состоянии иь>е>от конфигурацию пзэп!>, Об>раз)чот молекулы типа МХа где й(=В, А1, С>а, 1п нлн Т1 и Х вЂ” галоген нлн органический радикал С1-1,„С„Ва н т. д. 1!звестио нли предполагается, что все эти молекулы (некоэорью нз них димеризуются, например А!еС!е) имеют форму плоско>о равностороннего треугольника. Следовательно, можно допустить, что атом металла, например бора, сначала должен бьп'ь возбужден до стационарного состояния с конфигурацией зркрэ и затеи в дальнейшем переведен в валентное состояние, в котором имеется набор эквивалентных гибридных зр'-орбиталсй.
Точныс алгебраические выражения н схематическое изображение граничных поверхностей набора гибридных орбиталсй приведено на рнс. 3.8. Кансдая нз нкх имеет максимум в направлении одной из трех осей, расположенных в одной плоскости под у гламп ! 20" одна к другой, и если повернуть ее иа 120, оиа должна сочно наложиться па орбиталь, уже располо. женную по другой осн.
Легко можно записать выражение для этих орбиталей путем введения требования Об их эквивалентности н имея в виду, что соотношение ь- и р-характера одинаково для всех и что оии нормиро- ' Ве все галогевкды шслошюаемелькык элементов кчеют лазейку>о структуру молекул. Так, у галогенидов ВяСй>, ВэГ> в веко>ярых других установлено валвчке дксольвого момента, что сяызечельсп>ует об ! гловой йорма молекул. Обьясяеява эток>у факт> ззко Дяткввот> в Маркккыч>, убедк >ельво по>. Оавошч>я, что образо.
вавке эп>х мочек!э сея ыво с м> скбркю>эш>кск ао>ь>а шелочвсзек>ельке>о элок>евта. 1Ж. структ, ккю, 5, 4за! (>964!!.— Врал. Ред, наны. В результате видим, что в этом частном случае ортогональ ность обеспечивается сама собой. Выберем направление первого гибрида вдоль осн х (см. рис. 3,8) н положим, что коэффициент при р, в )'2 раза болыпе э, так как орбиталь должна иметь вдвое больший р-, чем з-характер. Это даст ч)>> =- >У (с ч-)к 2р„) Легко мс>жно показать, что нормпршощий мно>китель имеет зпаче ние!/1'3. В!тобы написать выражение для двух других орбиталей, ь(Жэ >л- уа Й( Кагэ Р к с. З.З. Схема образования чркгояальвых гвбрвдвых эря-орбкталей кок>бивавкей э- в р-орбвталей.
в которые входят з, ря и рэ одновременно, воспользуемся тем что орбнтали ведут себя подобно векторам в том смысле, что если орби таль дает вклад у в определенном направлении, то участие в направ. ленин О по отношению к первому выразится как Х созО. Таким об. разом, если считать, что э)>е относится к орбнтали, лежагдей во вто. ром квадранте (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
