Eoiaiiia ae aoaiaeoi aiea

4.1. ковалентний зв'язок

При розгляді природи ковалентного зв'язку в даний час використовуються два підходи: метод валентних зв'язків (МВС) і метод молекулярний орбіталей (ММО).

У МВС передбачається, що зв'язку між атомами здійснюються за рахунок загальних електронних пар в поле обох ядер. Освіта пари електронів можливо за рахунок перекривання хмар електронів з протилежними спинами.

Розрізняють обмінний і донорно-акцепторні механізм утворення ковалентного зв'язку.

1) Обмінний механізм. Кожен атом дає по одному неспарених електронів в загальну електронну пару:

2) Донорно-акцепторні механізм. Один атом (донор) надає електронну пару, а інший атом (акцептор) надає для цієї пари вільну орбіталь;

Два атома можуть усуспільнювати неcколько пар електронів. Число електронних пар, що зв'язують два атома, називається кратністю зв'язку між цими атомами. Простий (ординарної) зв'язку відповідає одна загальна електронна пара, подвійний або потрійний зв'язку - відповідно дві або три загальні електронні пари.

Якщо електронна щільність розташована симетрично між атомами, ковалентний зв'язок називається неполярной. Якщо електронна щільність зміщена в бік одного з атомів, то ковалентний зв'язок називається полярною. Полярність зв'язку тим більше, чим більше різниця електронегативності атомів.

Електронегативність - це здатність атома притягати електронну щільність від інших атомів. Найбільш електронегативний елемент - фтор, самий електропозитивний - францій.

Ковалентний зв'язок характеризується спрямованістю, насичуваність і поляризуемостью.

Насичуваність випливає з того, що ковалентность атома не може бути як завгодно великий. Вона визначається кількістю неспарених електронів валентної оболонки, близьких до них по енергії електронів неподіленого електронних пар і вакантних орбіталей.

Спрямованість ковалентного зв'язку визначається необхідністю максимального перекривання в просторі електронних хмар взаємодіючих атомів, яке призводить до утворення найбільш міцних зв'язків.

Залежно від геометрії перекривання електронних хмар атомних орбіталей розрізняють сигма-, пі- і дельта-зв'язку. Сигма-зв'язок утворюється в тому випадку, якщо електронні хмари максимально перекриваються на прямій, що сполучає центри атомів (вісь зв'язку, лінія зв'язку). Так утворюється зв'язок в молекулі Н sub 2 - за рахунок перекривання електронних хмар s-електронів двох атомів (cігма s - s-зв'язок). У молекулі HCl сигма-зв'язок утворюється за рахунок перекривання хмар s-електрон атома водню і р-електрона атома хлору (сигма s -р-зв'язок), а в двоатомних молекулах галогенів - за рахунок перекривання хмар р-електронів атомів галогенів (сигма р- р-зв'язок).

Перекриття атомних орбіталей при утворенні сигма -зв'язків

У разі пі-зв'язку максимальне перекривання електронних хмар здійснюється в двох областях, симетрично розташованих по обидві сторони від лінії зв'язку. Так, в молекулі азоту, поряд з сигма -зв'язком, є дві пі-зв'язки, що утворюються в результаті перекривання електронних хмар інших р-електронів (пі р-р - зв'язок).

Якщо між атомами утворюється проста зв'язок, то це завжди сигма-зв'язок, якщо ж кратність зв'язку вище, то одна зв'язок - сигма -, а інші - пі-зв'язку.

Перекриття атомних орбіталей при утворенні пі-зв'язків

Дельта-зв'язок утворюється при перекривання d орбіталей усіма чотирма пелюстками.

Ступінь перекривання електронних хмар при утворенні зв'язку залежить від їх симетрії і взаємної орієнтації. Так, в разі сигма-зв'язку взаємне перекривання s - і р-облаков призводить до утворення більш міцного зв'язку, ніж перекривання двох s -облаков. Ще більш міцний зв'язок виникає в результаті перекривання двох р-орбіталей з утворенням сигма -зв'язків. Це пов'язано з тим, що р-хмари більш витягнуті, що забезпечує більшу перекривання. Однак в разі пі-зв'язку перекривання відбувається в меншій мірі, так як воно здійснюється бічними частинами вище і нижче лінії зв'язку, в результаті чого пі-зв'язок менш міцна, ніж сигма-зв'язок.

Спрямованість ковалентного зв'язку визначає геометрію молекул, тобто взаємне розташування атомів і кути між зв'язками.

При утворенні зв'язку орбиталями з різною формою і енергією відбувається їх гібридизація, тобто вирівнювання по формі і енергії. Приймається, що в результаті накладення друг на друга декількох різних орбіталей утворюється стільки ж однакових гібридних орбіталей.

Гібридні орбіталі мають іншу форму в порівнянні з вихідними: вони більш витягнуті в одному напрямку, і тому ступінь їх перекривання з електронними хмарами атомів, з якими утворюється зв'язок, вище. В результаті такого перекриття виходить виграш в енергії.

За кількістю вихідних орбіталей розрізняють sp -, sp 2 -, sp 3-гібридизація.

sp- Гібридизація. Одна s- орбиталь і одна p- орбиталь перетворюються в дві однакові "гібридні" орбіталі, кут між осями яких дорівнює 180 °.

Дві sp- орбіталі можуть утворювати дві s-зв'язку (BeH 2. ZnCl 2). Ще дві. - зв'язку можуть утворитися, якщо на двох p- орбиталях, які не беруть участі в гібридизації, знаходяться електрони (ацетилен C 2 H 2).

Молекули, в яких здійснюється sp- гібридизація, мають лінійну геометрію.

sp 2 - гібридизації. Одна s- орбиталь і дві p- орбіталі перетворюються в три однакові "гібридні" орбіталі, кут між осями яких дорівнює 120 °.

Якщо зв'язок утворюється при перекривання орбіталей по лінії, що з'єднує ядра атомів, вона називається s - зв'язком. Якщо орбіталі перекриваються поза лінією, що з'єднує ядра, то утворюється? - зв'язок. Три sp 2 - орбіталі можуть утворювати три s - зв'язку (BF sub 3. AlCl 3). Ще одна зв'язок (? - зв'язок) може утворитися, якщо на p- орбіталі, що не бере участь в гібридизації, знаходиться електрон (етилен C 2 H 4).

Молекули, в яких здійснюється sp 2 - гібридизація, мають пласку геометрію.

sp 3 - гібридизація. Одна s- орбиталь і три p- орбіталі перетворюються в чотири однакові "гібридні" орбіталі, кут між осями яких дорівнює 109 ° 28 '.

Молекули, в яких здійснюється sp 3 - гібридизація, мають тетраедричних форму (CH 4. NH 3).