Как метод ВС объясняет строение молекулы H2O? (Решение → 23357)
Заказ №38812
Как метод ВС объясняет строение молекулы H2O? Почему угол между связями Н-О близок к тетраэдрическому?
Решение:
Образование ковалентной связи можно рассматривать в рамках двух методов квантовой химии: метода валентных связей и метода молекулярных орбиталей. В 1916 г. американский ученый Льюис высказал предположение о том, что химическа связь образуется за счет обобществления двух электронов. При этом электронная оболочка атома стремится по строению к электронной оболочке благородного газа. В дальнейшем эти предположения послужили основой для развития метода валентных связей. В 1927 г. Гайтлером и Лондоном был выполнен теоретический расчет энергии двух атомов водорода в зависимости от расстояния между ними. Оказалось, что результаты расчета зависят от того, одинаковы или противоположны по знаку спины взаимодействующих электронов. При совпадающем направлении спинов сближение атомов приводит к непрерывному возрастанию энергии системы. При противоположно направленных спинах на энергетической кривой имеется минимум, т.е. образуется устойчивая система – молекула водорода Н2 (рисунок 1). Рисунок 1 – Зависимость энергии от расстояния между атомами водорода при однонаправленных и противоположно направленных спинах. Межъядерное расстояние r0, соответствующее минимуму, называется длиной связи, а энергия связи равна глубине потенциальной ямы E0–E1, где Е0 – энергия двух невзаимодействующих атомов, находящихся на бесконечном расстоянии друг от друга. Образование химической связи между атомами водорода является результатом взаимопроникновения (перекрывания) электронных облаков. Вследствие этого перекрывания плотность отрицательного заряда в межъядерном пространстве возрастает, и положительно заряженные ядра притягиваются к этой области. Такая химическая связь называется ковалентной. Представления о механизме образования молекулы водорода были распространены на более сложные молекулы. Разработанная на этой основе теория химической связи получила название метода валентных связей (метод ВС). В основе метода ВС лежат следующие положения: 836 1) Ковалентная связь образуется двумя электронами с противоположно направленными спинами, причем эта электронная пара принадлежит двум атомам. 2) Ковалентная связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются электронные облака. Комбинации двухэлектронных двухцентровых связей, отражающие электронную структуру молекулы, получили название валентных схем. Примеры построения валентных схем: В валентных схемах наиболее наглядно воплощены представления Льюиса об образовании химической связи путем обобществления электронов с формированием электронной оболочки благородного газа: для водорода – из двух электронов (оболочка He), для азота – из восьми электронов (оболочка Ne). Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность и поляризуемость. Насыщаемость ковалентной связи обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов, т.е. их способностью к образованию строго определенного числа связей, которое обычно лежит в пределах от 1 до 6. Общее число валентных орбиталей в атоме, т.е. тех, которые могут быть использованы для образования химических связей, определяет максимально возможную валентность элемента. Число уже использованных для этого орбиталей определяет валентность элемента в данном соединении. Направленность ковалентной связи является результатом стремления атомов к образованию наиболее прочной связи за счет возможно большей электронной плотности между ядрами. Это достигается при такой пространственной направленности перекрывания электронных облаков, которая совпадает с их собственной. Исключение составляют sэлектронные облака, поскольку их сферическая форма делает все направления равноценными. Для p- и d-электронных облаков перекрывание осуществляется вдоль оси, по которой они вытянуты, а образующаяся при этом связь называется σ-связью. σ-Связь имеет осевую симметрию, и оба атома могут вращаться вдоль линии связи, т.е. той воображаемой линии, которая проходит через ядра химически связанных атомов. После образования между двумя атомами σ-связи для остальных электронных облаков той же формы и с тем же главным квантовым числом остается только возможность бокового перекрывания по обе стороны от линии связи. В результате образуется π-связь. Она менее прочна, чем σ-связь: перекрывание происходит диффузными боковыми частями орбиталей. Каждая кратная связь (например, двойная или тройная) всегда содержит только одну σ-связь. Число σ-связей, которые образует центральный атом в сложных молекулах 837 или ионах, определяет для него значение координационного числа. Например, в молекуле NH3 и ионе NH4 + для атома азота оно равно трем и четырем. Образование σ-связей фиксирует пространственное положение атомов относительно друг друга, поэтому число σ-связей и углы между линиями связи, которые называются валентными углами, определяют пространственную геометрическую конфигурацию молекул. При оценке степени перекрывания электронных облаков следует учитывать знаки волновых функций электронов. При перекрывании облаков с одинаковыми знаками волновых функций электронная плотность в пространстве между ядрами возрастает. В этом случае происходит положительное перекрывание, приводящее к взаимному притяжению ядер. Если знаки волновых функций противоположны, то плотность электронного облака уменьшается (отрицательное перекрывание), что приводит к взаимному отталкиванию ядер.
- Максим купил у Сервилия лошадь, не зная о том, что она краденная. От непосильной работы лошадь сдохла. Вскоре человеком, у которого она была украдена, был подан против Максима виндикационный иск. Будет ли Максим отвечать за гибель лошади?
- Одинаковый ли тип химической связи в следующих молекулах: HCl, Cl2? Ответ поясните.
- Вариант №1 Задание 1 Организация "Альфа" 5 июня перечислила организации "Бета" 100%-ную предоплату по договору купли-продажи товаров, реализация которых облагается НДС по ставке 18%.
- Требуется: а) написать электронную формулу атома элемента № 88; б) записать в форме энергетических ячеек электронную конфигурацию валентного уровня атома индия в основном и «возбужденном» состояниях.
- К стаду Тиция прибилась овца с клеймом, свидетельствующим о ее принадлежности Гаю. Его сосед Сей попытался увести овцу к себе на том основании, что она не принадлежит Тицию. Получит ли Тиций защиту владения?
- Назовите соединения, приведите их графические формулы и уравнения электролитической диссоциации. 24. H3PO4, Ca(OH)2, Cr2(SO4)3, KMnO4, NaHSO3, Ca(H2PO4)2, (ZnOH)2SeO4, FeOH(ClO4)2.
- 1. Вычислите молярную массу эквивалента металла, зная, что 2.92 · 10–4 кг его вытесняют из кислоты 1.1 · 10–4 м 3 водорода, измеренного при Т = 290 К и р = 0.98 · 105 Па
- Пользуясь справочными данными (прил. 1) для реакции: Ag(тв) + 2HCl(г) = 2AgCl(тв) + H2(г) рассчитайте ΔН0 900, ΔS 0 900 и Кр при Т = 900 К
- Приведите уравнения реакций в молекулярном и ионномолекулярном виде и названия всех возможных солей (кислых, основных, средних), образуемых при взаимодействии нижеперечисленных кислот и оснований. 31. а) гидроксид алюминия и серная кислота; б) гидроксид калия и ортофосфорная кислота.
- На основании данных отчета о финансовом результате, необходимо определить целесообразность заключить договора о факторинговом обслуживании дебиторской задолженности при условии, что факторинговая компания финансирует 85% от суммы поставки по основным дебиторам, по ставке 15% годовых и комиссии 2,3%, а дебиторы должны расплатиться через 48 дней.
- Вычислить изменение энтальпии при нагревании 160 г газообразного метилового спирта СН3ОН(г) от 300 до 700 К, если зависимость теплоемкости метилового спирта от температуры [Дж/(моль • К)] выражается уравнением:
- Задание 2 Сумма выплат по зарплате ООО "Якорь" в январе 2018 г. составила 159 000 руб.
- Закончите и уравняйте ионно-электронным методом окислительно-восстановительные реакции: NaI + NaNO3 + H2SO4 = I2 + NO + … KCrO2 + PbO2 + KOH = K2CrO4 + K2PbO2 + …
- Задание 5 Имеются следующие данные по региону за отчетный год, млрд. руб.: Таблица 3 Данные по региону за отчетный год Показатели План Фактически Валовая продукция в учетных ценах 8025 8640 Среднегодовая стоимость основных производственных фондов 5750 5800