Дана молекула (см. вариант 1 в табл. 2). 3. Покажите образование связи в молекуле BF3. Является ли она парамагнитной? (Решение → 34027)

Заказ №38834

Дана молекула (см. вариант 1 в табл. 2). 3. Покажите образование связи в молекуле BF3. Является ли она парамагнитной? 4. Используя аналоги электронной структуры элемента с большей вероятностью в молекуле запишите ряд однотипных молекул и дайте сравнительный анализ их структуры и свойств (валентный угол, энергия и длина связей, полярность молекул).

Решение:

При наличии у пары электронов противоположных спинов электроны двигаются в поле обоих ядер. Между ядрами появляется область с высокой плотностью электронного облака – избыточного отрицательного заряда, который стягивает положительно заряженные ядра. Из квантово-механического расчета следуют положения, являющиеся основой метода ВС: 1. Причиной связи является электростатическое взаимодействие ядер и электронов. 2. Связь образуется электронной парой с антипараллельными спинами. 3. Насыщаемость связи обусловлена образованием электронных пар. 4. Прочность связи пропорциональна степени перекрывания электронных облаков. 5. Направленность связи обусловлена перекрыванием электронных облаков в области максимальной электронной плотности. Очевидно, что число ковалентных связей не может превышать числа образующих связи электронных пар. Однако насыщаемость как свойство ковалентной связи означает также, что если атом имеет некоторое количество неспаренных электронов, то все они должны участвовать в образовании ковалентных связей. Это свойство объясняется принципом наименьшей энергии. При образовании каждой дополнительной связи выделяется дополнительная энергия. Поэтому все валентные возможности реализуются полностью. Для бора 2 s 2p Для фтора 2s 2p МВС достаточно хорошо, предсказывает валентные возможности атомов и геометрию образующейся молекулы. Последнее обстоятельство связано с так называемой гибридизацией АО. Она была введена для объяснения того факта, что двухэлектронные двухцентровые химические связи, образованные за счет АО в разных энергетических состояниях, имеют одинаковую энергию. Так, в данной случае В (2s 2 2p 1 ) и F(2s 2 2p 5 ), образуют за счет s- и p-орбиталей соответственно три связи. Согласно представлению о гибридизации, химические связи образуются смешанными – гибридными орбиталями (ГО), которые обладают одинаковыми энергией и формой, определенной ориентацией в пространстве (симметрией). Таким образом, когда один атом образует несколько связей, а его валентные электроны принадлежат разным орбиталям (s и p), для объяснения геометрии молекул в МВС необходимо привлекать теорию гибридизации атомных орбиталей. Основные положения теории следующие: 158 5. Введение гибридных орбиталей служит для описания направленных локализованных связей. Гибридные орбитали обеспечивают максимальное перекрывание АО в направлении локализованных σ-связей. 6. Число гибридных орбиталей равно числу АО, участвующих в гибридизации. 7. Гибридизуются близкие по энергии валентные АО независимо от того, заполнены они в атоме полностью, наполовину или пусты. 8. В гибридизации участвуют АО, имеющие общие признаки симметрии. При гибридизации первоначальная форма и энергия орбиталей (электронных облаков) взаимно изменяются и образуются орбитали (облака) новой одинаковой формы и одинаковой энергии. Число гибридных орбиталей (q) равно числу исходных. Ответ на поставленный вопрос отражен в таблице (см. ниже). Гибридизация орбиталей и пространственная конфигурация молекул Тип молекулы Исходные орбитали атома А Число гибридных орбиталей атома А Тип гибридизации Пространственная конфигурация молекулы АВ2 s + p 2 sp Линейная АВ3 s + p + p 3 sp2 Треугольная АВ4 s + p + p + p 4 sp3 Тетраэдрическая Пространственное строение молекул. Представления о природе ковалентных связей с учетом типа орбиталей, участвующих в образовании химической связи, позволяют делать некоторые суждения о форме молекул. Если валентная оболочка атома включает электроны на одной s-орбитали и двух p - орбиталях, то имеет место sp2 -гибридизация орбиталей. Примером может служить sp2 - гибридизация бора при образовании молекулы BF3. На орбитальной диаграмме обведены одна s- и две p-орбитали, которые “смешиваются”, то есть гибридизуются (рис. 2.1, 2.2). Рис.2.1 sp2 -гибридизация валентных орбиталей бора в соединении BF3. Три sp2 -гибридные орбитали бора лежат в одной плоскости под углом 120o . Электронная плотность в случае р - орбиталей распределена в пространстве неравномерно, поэтому появляется некоторое выделенное направление, вдоль которого наиболее вероятно образование ковалентной связи.