Як розрахувати кратність зв’язку в хімії

Хімія вивчає способи, якими субатомні частинки взаємодіють один з одним, утворюючи атоми. Хімія також досліджує процеси з'єднання атомів в молекули. Усередині атома електрони розташовуються навколо атомного ядра на так званих електронних орбіталях. Кожна орбітальна оболонка може вміщати певну кількість електронів. Коли чергова оболонка заповнюється повністю, нові електрони починають формувати наступну, більш далеку від ядра оболонку, поки і вона не заповниться повністю. Таким чином електрони створюють все нові оболонки навколо атомного ядра; чим важче атом, тим більше електронів і електронних оболонок він має. Коли два атоми об'єднуються в молекулу, їх електрони взаємодіють один з одним, вбудовуючись в не до кінця заповнені електронні оболонки сусіднього атома. Як і в разі формування електронної оболонки окремого атома, в молекулі заповнюються спочатку найближчі вільні орбіталі, і процес триває, залучаючи все більше далекі вакантні місця. Прочитавши цю статтю, ви дізнаєтеся, як обчислити кратність хімічного зв'язку.

кроки Правити

Метод 1 з 2:
Визначте зв'язують і розпушують орбіталі Правити

Подивіться на діаграму електронних орбітальних оболонок. Ці діаграми наводяться в підручниках і довідниках з хімії. Як видно, кожна оболонка розташована на певній відстані від атомного ядра. Оскільки будь-яка замкнута система прагне до стану з мінімальною енергією (властивість, відоме під ім'ям ентропії), електрони будуть прагнути заповнити якомога більше нижню орбітальну оболонку.

Поняття сполучною орбіталі. Коли два атоми прагнуть створити молекулу, вони намагаються використовувати електрони один одного для заповнення нижніх вільних рівнів в своїх орбітальних оболонках. За ступенем заповнювання орбітальних оболонок кожного атома можна визначити, яка кількість електронів сусіднього атома, що знаходяться в стані з більшою енергією, зможуть заповнити вільні місця в низькоенергетичних оболонках другого атома. Такі орбіталі називаються сполучними.

Поняття розпушують орбіталі. Коли два атоми утворюють молекулу шляхом обміну електронами, деяким електронам доводиться зміститися на орбіталі з більшою енергією, оскільки все низькоенергетичні стану вже заповнені. Такі орбіталі звуться розпушуючих орбіталей.

Метод 2 з 2:
Знаходження кратності зв'язку Правити

Визначте енергетичний стан утвореного хімічної сполуки. Кожен електрон, що розмістився на сполучною орбіталі молекули, буде вносити свій внесок у зміцнення молекулярної зв'язку. І навпаки, кожен електрон, розташований на розпушують орбіталі, буде дестабілізувати молекулу. Визначте новий енергетичний стан, поділивши на 2 різниця між кількістю сполучних і розпушують електронів (тобто електронів, розташованих на відповідних орбіталях).

Знайдене енергетичний стан і є кратністю зв'язку даної молекули. Якщо кратність зв'язку дорівнює нулю, така молекула не може утворитися. Чим вище кратність зв'язку, тим стабільніше дана молекула.

Розглянемо простий приклад. Атом водню в нейтральному стані має один електрон, розташований на s оболонці. Ця оболонка може вмістити два електрона. Якщо два атома водню з'єднуються разом, кожен надає свій електрон для заповнення s оболонки другого атома, і в результаті утворюються дві сполучні орбіталі. Електронам немає необхідності зміщуватися на більш високі орбіталі наступного p оболонки, так що розпушують орбіталі не утворюються. Таким чином, кратність зв'язку дорівнює (2-0) / 2, або 1. Так утворюється відома молекула газоподібного водню H2.