Метод валентных связей: валентность, гибридизация атомных орбиталей, пространственная конфигурация молекул

Метод валентных связей впервые был использован в 1927 году немецкими учеными В. Гейтлером и Ф. Лондоном, которые провели квантово-механический расчет молекулы водорода. Позднее метод ВС получил дальнейшее развитие и был распространен на другие молекулы. Метод ВС базируется на следующих основных положениях:

Способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов с образованием хим. связей называется валентностью. Согласно обменному механизму метода ВС каждый атом отдает на образование общей электронной пары (ковалентной связи) по одному неспаренному электрону. Количественной мерой валентности в обменном механизме метода ВС считают число неспаренных электронов у атома в основном или возбужденном состоянии атома.

Американским ученым Л. Полингом была выдвинута идея о гибридизации атомных орбиталей. Согласно этой идее, если у атома, вступающего в хим. связь, имеются разные АО, то в процессе химической связи происходит гибридизация (смешение) АО, т. е. из разных АО образуются одинаковые (эквивалентные) АО. Следует подчеркнуть, что гибридные АО образуются у одного атома, имеющего разные орбитали. Причем, гибридизация происходит у орбиталей, имеющих близкие значения энергии. Форма гибридной АО отличается от исходных АО. В гибридной АО электронная плотность смещается в одну сторону от ядра, поэтому при взаимодействии ее с АО другого атома происходит максимальное перекрывание, которое приводит к повышению энергии связи. Это повышение энергии связи компенсирует энергию, требуемую на образование гибридной орбитали. В результате химические связи, образованные гибридными орбиталями, прочнее, а полученная молекула более устойчива.

Пространственная структура молекул определяется числом атомов в молекуле и направленностью химических связей. Молекула, образованная двумя атомами, линейна. Если на внешней оболочке имеются два неспаренных p-электрона, то при перекрывании их АО орбиталями двух других атомов образуются угловые молекулы.

Так, например, при sp гибридизации молекула имеет линейную структуру (угол связи 180 град.)

При - гибридизации образуются плоские молекулы с валентными углами 120 гр.

При -гибридизации образуются пространственные тетраэдрические структуры с валентными углами .

Донорно-акцепторный механизм образования связей.

Обменный механизм метода ВС не всегда может объяснить образование хим. связей в некоторых соединениях. Если одна из двух молекул имеет атом со свободными орбиталями, а другая – атом с неподеленной парой электронов, то между ними происходит донорно-акцепторное взаимодействие, которое приводит к образованию ковалентной связи. При этом взаимодействии атом одного вещества отдает на связь пару электронов, а атом другого вещества – вакантную орбиталь, в результате чего и возникает ковалентная связь. В таком случае, суммарная валентность элемента равна числу неспаренных электронов (обменный механизм) плюс число связей, образованных по донорно-акцепторному механизму.

6.