Как метод МО объясняет то, что в молекулярном ионе F2 + энергии связи (318 кДЖ/моль) больше чем в молекуле F2 (159 кДж/моль)? Какая форма записи отражает в методе МО строение F2 + и F2 (Решение → 24380)

Заказ №38836

Как метод МО объясняет то, что в молекулярном ионе F2 + энергии связи (318 кДЖ/моль) больше чем в молекуле F2 (159 кДж/моль)? Какая форма записи отражает в методе МО строение F2 + и F2

Решение:

Метод валентных связей в большинстве случаев позволяет получать правдивую информацию о структуре и свойствах различных молекул и ионов. Однако имеется ряд экспериментальных фактов, которые не могут быть объяснены на основании этого метода. Так, не удается объяснить магнитные свойства ряда веществ (О2, В2 и др.) и существование молекул с нечетным числом электронов (NО и др.). Эти и другие факты способствовали созданию иного квантово-механического метода описания ковалентной химической связи — метода молекулярных (ММО). Основы ММО разработаны Робертом Малликеном и Фридрихом Хундом (1928-1930 гг.). Метод основан на следующих положениях: Молекула рассматривается как единая система ядер и электронов, а не как совокупность атомов, сохраняющих некоторую индивидуальность. Она образуется, если энергия такой системы ниже, чем энергия исходных атомов. Подобно тому как электроны в атомах располагаются на атомных орбиталях (АО), общие электроны в молекуле располагаются на молекулярных орбиталях (МО). Совокупность молекулярных орбиталей, занятых электронами, определяет электронную конфигурацию молекулы. Существует несколько приближенных методов расчета молекулярных орбиталей. Наиболее простой называется методом линейной комбинации атомных орбиталей (МЛК АО). С точки зрения МЛК АО молекулярную орбиталь рассматривают как линейную комбинацию соответствующих атомных орбиталей в изолированных атомах, ядра которых входят в состав молекулы. В образовании молекулярной орбитали участвуют только те АО, которые имеют близкую по величине энергию и приблизительно одинаковую симметрию относительно оси связи. При взаимодействии двух атомных орбиталей в результате их линейной комбинации образуются две молекулярных орбитали с большей и меньшей энергиями, чем энергия исходных АО. В результате сложения АО образуется МО с повышенной межъядерной электронной плотностью (меньшей энергией). Такую орбиталь называют связывающей. В случае вычитания АО образуется МО с пониженной межъядерной электронной плотностью (большей энергией), называемая разрыхляющей. Сумма энергии образовавшихся МО в первом приближении равна сумме энергий АО, из которых они образовались. Число всех образовавшихся МО равно сумме АО исходных атомов. При этом число связывающих и разрыхляющих МО одинаково у гомоядерных молекул (содержащих одинаковые ядра) или равно числу участвующих в образовании связи АО того атома, у которого их меньше. Молекулярные орбитали по аналогии с атомными обозначаются греческими буквами s, p, d. Каждая МО характеризуется набором трех квантовых чисел. В соответствии с принципом Паули на молекулярной орбитали, как и на атомной, не может быть больше двух электронов. Все имеющиеся в молекуле электроны распределяются по МО с соблюдением тех же принципов и правил, что и при заполнении электронами орбиталей в отдельных атомах (принцип наименьшей энергии, принцип Паули, правило Хунда). Электрон, находящийся на связывающей орбитали, увеличивает энергию связи, а электрон, находящийся на разрыхляющей орбитали, ее уменьшает. Стабильность молекулы определяется разностью числа связывающих и разрыхляющих электронов. Если эта разность равна нулю, частица не образуется. Для того, чтобы можно было сопоставить число связей по МВС и ММО, используют понятие порядок связи (кратность). Порядок связи (N) равен разности между числом электронов, находящихся на связывающих орбиталях, и числом электронов на разрыхляющих орбиталях, деленной на 2. Он может принимать целые или дробные положительные значения. Метод валентных связей (ВС) не может объяснить целый ряд свойств и строение некоторых молекул (парамагнетизм молекулы О2; большую прочность связей в молекулярных ионах F+ 2 и O+ 2 , чем, соответственно, в молекулах F2 и O2; наоборот, меньшую прочность связи в ионе N+ 2, чем в молекуле N2 ; существование молекулярного иона He+ 2 и неустойчивость молекулы He2 и т.п.). Более плодотворным оказался другой подход к объяснению ковалентной связи – метод молекулярных орбиталей (МО). В методе МО состояние молекулы описывается как совокупность электронных молекулярных орбиталей. При этом число молекулярных орбиталей равно сумме атомных орбиталей.