Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Биоорганическая химия

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Обменный механизм.

На образование общей электронной пары по обменному механизму каждый из взаимодействующих атомов предоставляет со своего внешнего слоя орбиталь, содержащую неспаренный электрон, причем спины у этих электронов обязательно должны быть противоположными (антипарал- лельными). При сближении атомов данные орбитали, а значит, и облака расположенных на них неспаренных электронов вначале соприкасаются, а затем постепенно накладываются друг на друга, т.е. перекрываются (рис. 2.2).

В области перекрывания повышается плотность электронного облака, поэтому к ней начинают одновременно смещаться ядра обоих атомов. При этом потенциальная энергия системы уменьшается, так как возникшие силы притяжения между ядрами и областью перекрывания по своей величине больше электростатических сил отталкивания между одноименно заряженными ядрами и электронными облаками сближающихся атомов.

Схема перекрывания электронных облаков при образовании молекулы водорода

Рис. 2.2. Схема перекрывания электронных облаков при образовании молекулы водорода

В области перекрывания каждый электрон занимает место на электронной орбитали или в квантовой ячейке обоих атомов, т.е. движется в силовом поле, образованном двумя силовыми центрами — ядрами обоих атомов. Такая ковалентная связь называется двухэлектроипой или двухцентровой: чем больше область перекрывания электронных облаков, тем прочнее образующаяся при этом химическая связь. При сближении атомов, содержащих электроны с одинаковыми (параллельными) спинами, образование устойчивой молекулы не происходит.

Возникновение химической связи между атомами в молекуле условно можно показать различными способами. Например, с помощью электронных формул, в которых указывают символы элементов, а рядом с ними валентные электроны в виде точек:

Электронные формулы называют также электронными формулами Льюиса. Каждый связанный атом в них (за исключением атома водорода) должен быть окружен восемью электронами (правило октета):

В графических, или структурных, формулах общую пару электронов обозначают черточкой:

Электронные облака взаимодействующих атомов при образовании ковалентной связи могут перекрываться двумя способами.

Первый способ — область перекрывания лежит на условной линии (оси), соединяющей ядра обоих атомов, например:

? перекрывание двух s-электронных облаков при образовании молекулы Н2

? перекрывание s- и р-электронных облаков при образовании молекулы HF

? перекрывание двухр-электронных облаков при образовании молекулы F2

Разновидность образующейся при этом ковалентной связи называется a-связью (сигма-связью). Образование а-связей между атомами углерода, между атомом углерода и атомом водорода можно представить следующим образом:

Второй способ — перекрывание происходит по обе стороны условной линии, соединяющей ядра обоих атомов. При этом возникают две области перекрывания, например, в молекуле этена С2Н4:

Разновидность образующейся ковалентной связи называется п-связью (пи- связью). Она может образоваться при перекрывании только р- и ^/-электронных облаков (облака s-электронов не могут участвовать в образовании я-связи):

Образование я-связей происходит между двумя атомами, уже связанными a-связью, поэтому а-связь всегда более прочная, чем я-связь, так как ее образование препятствует сближению электронных облаков, участвующих в образовании я-связи, за счет возрастания электростатических сил отталкивания между ними.

Способ перекрывания электронных облаков, приводящий к образованию а-связи, иногда называют осевым перекрыванием, а приводящий к образованию я-связи — боковым.

Пару электронов, образующих ковалентную связь, называют связывающей или поделенной. Электронные пары, расположенные на внешних энергетических уровнях взаимодействующих атомов и не принимающие участия в образовании связи, называют соответственно несвязывающими или нсподеленными. У атомов водорода в молекуле Н2 нет нссвязывающих пар, а в молекуле F2 у каждого атома фтора их три.

Ковалентная химическая связь между двумя атомами, образованная одной общей электронной парой, называется одинарной, двумя общими электронными парами — двойной, тремя общими электронными парами — тройной. Ковалентную связь, образованную несколькими общими электронными парами, называют кратной. Одинарная связь между любыми двумя атомами всегда является a-связью. В случае образования кратной связи одна из них обязательно является a-связью, а остальные — д-связями.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>