Молекулярные орбитали ацетилен — в помощь студенту

Содержание статьи

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

ОРБИТАЛЬ – область наиболее вероятного местонахождения электрона в атоме (атомная орбиталь) или в молекуле (молекулярная орбиталь).

Электрон движется в атоме вокруг ядра не по фиксированной линии-орбите, а занимает некоторую область пространства.

Например, электрон в атоме водорода может с определенной вероятностью оказаться либо весьма близко к ядру, либо на значительном удалении, однако существует определенная область, где его появление наиболее вероятно.

Графически орбиталь изображают в виде поверхности, очерчивающей область, где вероятность появления электрона наибольшая, иначе говоря, электронная плотность максимальна. У атома водорода орбиталь электрона имеет сферическую (шаровую) форму:

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

К настоящему моменту описано пять типов орбиталей: s, p, d, f и g.Названия первых трех сложились исторически, далее был выбран алфавитный принцип. Формы орбиталей вычислены методами квантовой химии.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Вторжение греков-ахейцев. первые государства - в помощь студенту

Оценим за полчаса!

Орбитали существуют независимо от того, находится на них электрон (занятые орбитали), или отсутствует (вакантные орбитали). Атом каждого элемента, начиная с водорода и заканчивая последним полученным на сегодня элементом, имеет полный набор всех орбиталей на всех электронных уровнях. Их заполнение электронами происходит по мере увеличения порядкового номера, то есть, заряда ядра.

s-Орбитали, как было показано выше, имеют сферическую форму и, следовательно, одинаковую электронную плотность в направлении каждой оси трехмерных координат:

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

На первом электронном уровне каждого атома находится только одна s-орбиталь. Начиная со второго электронного уровня помимо s-орбитали появляются также три р-орбитали.

Они имеют форму объемных восьмерок, именно так выглядит область наиболее вероятного местонахождения р-электрона в районе атомного ядра.

Каждая р-орбиталь расположена вдоль одной из трех взаимоперпендикулярных осей, в соответствии с этим в названии р-орбитали указывают с помощью соответствующего индекса ту ось, вдоль которой располагается ее максимальная электронная плотность:

  • Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту
  • В современной химии орбиталь – определяющее понятие, позволяющее рассматривать процессы образования химических связей и анализировать их свойства, при этом внимание сосредотачивают на орбиталях тех электронов, которые участвуют в образовании химических связей, то есть, валентных электронов, обычно это электроны последнего уровня.
  • У атома углерода в исходном состоянии на втором (последнем) электронном уровне находится два электрона на s-орбитали (отмечены синим цветом) и по одному электрону на двух р-орбиталях (отмечены красным и желтым цветом), третья орбиталь – рz-вакантная:
  • Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Гибридизация

В том случае, когда атом углерода участвует в образовании насыщенных соединений (не содержащих кратных связей), одна s-орбиталь и три р-орбитали объединяются, образуя новые орбитали, представляющие собой гибриды исходных орбиталей (процесс называют гибридизацией). Количество гибридных орбиталей всегда равно количеству исходных, в данном случае, четыре. Получившиеся орбитали-гибриды одинаковы по форме и внешне напоминают асимметричные объемные восьмерки:

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Вся конструкция оказывается как бы вписанной в правильный тетраэдр – призма, собранная из правильных треугольников. При этом орбитали-гибриды располагаются вдоль осей такого тетраэдра, угол между любыми двумя осями – 109°. Четыре валентных электрона углерода располагаются на этих гибридных орбиталях:

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Участие орбиталей в образовании простых химических связей

Свойства электронов, разместившихся на четырех одинаковых орбиталях, эквивалентны, соответственно, будут эквивалентны химические связи, образованные с участием этих электронов при взаимодействии с атомами одного типа.

Взаимодействие атома углерода с четырьмя атомами водорода сопровождается взаимоперекрыванием вытянутых гибридных орбиталей углерода со сферическими орбиталями водородов. На каждой орбитали находится по одному электрону, в результате перекрывания каждая пара электронов начинает перемещаться по объединенной – молекулярной орбитали.

Гибридизация приводит лишь к изменению формы орбиталей внутри одного атома, а перекрывание орбиталей двух атомов(гибридных или обычных)приводит к образованию химической связи между ними. В данном случае (см. рисунок, помещенный ниже) максимальная электронная плотность располагается вдоль линии, связывающей два атома. Такую связь называют s-связью.

  1. Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту
  2. В традиционном написании структуры образовавшегося метана вместо перекрывающихся орбиталей используют символ валентной черты. Для объемного изображения структуры валентность, направленную от плоскости чертежа к зрителю показывают в виде сплошной клиновидной линии, а валентность, уходящую за плоскость рисунка – в виде штриховой клиновидной линии:
  3. Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту
  4. Таким образом, структура молекулы метана определяется геометрией гибридных орбиталей углерода:
  5. Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту
  6. Образование молекулы этана аналогично показанному выше процессу, отличие состоит в том, что при взаимоперекрывании гибридных орбиталей двух атомов углерода происходит образование С-С – связи:
  7. Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту
  8. Геометрия молекулы этана напоминает метан, валентные углы 109°, что определяется пространственным расположением гибридных орбиталей углерода:

Участие орбиталей в образовании кратных химических связей

  • Молекула этилена образована также с участием орбиталей-гибридов, однако в гибридизации участвуют одна s-орбиталь и только две р-орбитали (рх и ру), третья орбиталь – pz, направленная вдоль оси z,в образовании гибридов не участвует. Из исходных трех орбиталей возникают три гибридных орбитали, которые располагаются в одной плоскости, образуя трехлучевую звезду, углы между осями – 120°:
  • Два атома углерода присоединяют четыре атома водорода, а также соединяются между собой, образуя s-связь С-С:

Две орбитали pz, не участвовавшие в гибридизации, взаимоперекрываются, их геометрия такова, что перекрывание происходит не по линии связи С-С, а выше и ниже ее. В результате образуются две области с повышенной электронной плотностью, где помещаются два электрона (отмечены синим и красным цветом), участвующие в образовании этой связи. Таким образом, образуется одна молекулярная орбиталь, состоящая из двух областей, разделенных в пространстве. Связь, у которой максимальная электронная плотность расположена вне линии, связывающей два атома, называют p-связью:

  1. Вторая валентная черта в обозначении двойной связи, широко используемая для изображения ненасыщенных соединений уже не одно столетие, в современном понимании подразумевает наличие двух областей с повышенной электронной плотностью, расположенных по разные стороны линии связи С-С.
  2. Структура молекулы этилена задана геометрией гибридных орбиталей, валентный угол Н-С-Н – 120°:
  3. При образовании ацетилена в гибридизации участвует одна одна s-орбиталь и одна рx-орбиталь (орбитали pyи pz, в образовании гибридов не участвуют). Две образовавшиеся гибридные орбитали располагаются на одной линии, вдоль оси х:
  4. Взаимоперекрывание орбиталей-гибридов друг с другом и с орбиталями атомов водорода приводит к образованию s-связей С-С и С-Н, изображаемых с помощью простой валентной черты:

Две пары оставшихся орбиталей pyи pz взаимоперекрываются. На рисунке, приведенном ниже, цветными стрелками показано, что из чисто пространственных соображений наиболее вероятно перекрывание орбиталей с одинаковыми индексами х-х и у-у. В результате образуются две p-связи, окружающие простую s-связь С-С:

  • В итоге молекула ацетилена имеет палочкообразную форму:
  • У бензола остов молекулы собран из атомов углерода, имеющих гибридные орбитали, составленные из одной s— и двух р-орбиталей, расположенные в форме трехлучевой звезды (как у этилена), р-орбитали, не участвующие в гибридизации, показаны полупрозрачными:
  • Шесть оставшихся р-орбиталей взаимоперекрываются, образуя молекулярную орбиталь в виде двух кольцевых областей, над и под плоскостью бензольного цикла:

Возникает единая замкнутая электронная система (см. также АРОМАТИЧНОСТЬ).

Молекула бензола плоская, что задано плоской конфигурацией «трехлучевых звезд», из которых она собрана. Молекулярную орбиталь, образованную перекрыванием шести атомных р-орбиталей обозначают в виде кольцевого символа внутри бензольного цикла:

В образовании химических связей могут также участвовать вакантные, то есть, не содержащие электронов орбитали (см. также ТРЕХЦЕНТРОВЫЕ СВЯЗИ).

Орбитали высоких уровней

Начиная с четвертого электронного уровня, у атомов появляются пять d-орбиталей, их заполнение электронами происходит у переходных элементов, начиная со скандия.

Четыре d-орбитали имеют форму объемных четырехлистников, называемых иногда «клеверным листом», они отличаются лишь ориентацией в пространстве, пятая d-орбиталь представляет собой объемную восьмерку, продетую в кольцо:

d-Орбитали могут образовывать гибриды с s- и p-орбиталями. Параметры d-орбиталей обычно используют при анализе строения и спектральных свойств в комплексах переходных металлов.

Начиная с шестого электронного уровня, у атомов появляются семь f-орбиталей, их заполнение электронами происходит в атомах лантаноидов и актиноидов. f-Орбитали имеют довольно сложную конфигурацию, ниже на рисунке показана форма трех из семи таких орбиталей, имеющих одинаковую форму и ориентированных в пространстве различным образом:

f-Орбитали весьма редко используют при обсуждении свойств различных соединений, поскольку расположенные на них электроны практически не принимают участия в химических превращениях..

Перспективы

На восьмом электронном уровне находится девять g-орбиталей. Элементы, содержащие электроны на этих орбиталях, должны появится в восьмом периоде, пока они недоступны (в ближайшее время ожидается получение элемента № 118, последнего элемента седьмого периода Периодической системы, его синтез проводят в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне).

  1. Форма g-орбиталей, вычисленная методами квантовой химии, еще более сложная, чем у f-орбиталей, область наиболее вероятного местонахождения электрона в данном случае выглядит весьма причудливо. Ниже показан внешний вид одной из девяти таких орбиталей:
  2. В современной химии представления об атомных и молекулярных орбиталях широко используют при описании строения и реакционных свойств соединений, также при анализе спектров различных молекул, в некоторых случаях – для прогнозирования возможности протекания реакций.
  3. Михаил Левицкий
Читайте также:  Исследовательские проекты в начальной школе - в помощь студенту

Источник: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/ORBITAL.html

Гибридизация атомных орбиталей углерода

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Модель атома углерода

Валентные электроны атома углерода располагаются на одной 2s-орбитали и двух 2р-орбиталях. 2р-Орбитали расположены под углом 90° друг к другу, а 2s-орбиталь имеет сферическую симметрию. Таким образом, расположение атомных орбиталей углерода в пространстве не объясняет возникновения в органических соединениях валентных углов 109,5°, 120° и 180°.

Чтобы разрешить это противоречие, было введено понятие гибридизации атомных орбиталей. Для понимания природы трех вариантов расположения связей атома углерода понадобились представления о трех типах гибридизации.

Возникновением концепции гибридизации мы обязаны Лайнусу Полингу, много сделавшему для развития теории химической связи.

Концепция гибридизации объясняет, каким образом атом углерода видоизменяет свои орбитали при образовании соединений. Ниже мы будем рассматривать этот процесс трансформации орбиталей постадийно.

При этом надо иметь в виду, что расчленение процесса гибридизации на стадии или этапы есть, на самом деле, не более чем мысленный прием, позволяющий более логично и доступно изложить концепцию.

Тем не менее заключения о пространственной ориентации связей углеродного атома, к которым мы в итоге придем, полностью соответствуют реальному положению дел.

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Электронная конфигурация атома углерода в основном и возбужденном состоянии

На рисунке слева показана электронная конфигурация атома углерода. Нас интересует только судьба валентных электронов. В результате первого шага, который называют возбуждением или промотированием, один из двух 2s-электронов перемещается на свободную 2р-орбиталь.

На втором этапе происходит собственно процесс гибридизации, который несколько условно можно представить себе как смешение одной s- и трех р-орбиталей и образование из них четырех новых одинаковых орбиталей, каждая из которых на одну четверть сохраняет свойства s-орбитали и на три четверти — свойства р-орбиталей.

Эти новые орбитали получили название sp3-гибридных. Здесь надстрочный индекс 3 обозначает не число электронов, занимающих орбитали, а число р-орбиталей, принявших участие в гибридизации. Гибридные орбитали направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится атом углерода.

На каждой sp3-гибридной орбитали находится по одному электрону. Эти электроны и участвуют на третьем этапе в образовании связей с четырьмя атомами водорода, образуя валентные углы 109,5°.

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

sp3 — гибридизация. Молекула метана.

Образование плоских молекул с валентными углами 120° показано на рисунке ниже. Здесь, как и в случае  sp3-гибридизации, первый шаг — возбуждение. На втором этапе в гибридизации участвуют одна 2s- и две 2р — орбитали, образуя три sр2 -гибридных орбитали, расположенных в одной плоскости под углом 120° друг к другу.

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Образование трех sр2-гибридных орбиталей

Одна p-рорбиталь остается негибридизованной и располагается перпендикулярно плоскости  sр2–гибридных  орбиталей. Затем (третий шаг) две sр2-гибридные орбитали двух углеродных атомов объединяют электроны, образуя ковалентную связь. Такая связь, образующаяся в результате перекрывания  двух атомных орбиталей вдоль линии, соединяющей ядра атома, называется σ -связью.

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Образование сигма — и пи-связей в молекуле этилена

Четвертый этап — образование второй связи между двумя углеродными атомами. Связь образуется в результате перекрывания обращенных друг к другу краев негибридизованных 2р-орбиталей и называется π-связью.

Новая молекулярная орбиталь представляет собой совокупность двух занятых электронами  π-связи областей — над и под σ-связью. Обе связи (σ и π ) вместе составляют двойную связь между атомами углерода.

И наконец, последний, пятый шаг — образование связей между атомами углерода и водорода с помощью электронов четырех оставшихся sр2-гибридных орбиталей.

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Двойная связь в молекуле этилена

Третий, последний тип гибридизации, показан на примере простейшей молекулы, содержащей тройную связь,- молекулы ацетилена. Первый шаг — возбуждение атома, такой же, как раньше.

На втором этапе происходит гибридизация одной 2s- и одной 2р-орбиталей с образованием двух sр-гибридных орбиталей, которые располагаются под углом 180°.

И остаются не измененными две 2р-орбитали, необходимые для образования двух  π-связей.

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Образование двух sр-гибридных орбиталей

Следующий шаг — образование σ-связи между двумя sр-гибридизованными углеродными атомами, затем образуются две  π-связи. Одна  σ-связь и две  π-связи между двумя атомами углерода вместе составляют тройную связь. И наконец, образуются связи с двумя атомами водорода. Молекула ацетилена имеет линейное строение, все четыре атома лежат на одной прямой.

  • Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту
  • Мы показали, каким образом три основных в органической химии типа геометрии молекул возникают в результате различных трансформаций атомных орбиталей углерода.
  • Можно предложить два способа определения типа гибридизации различных атомов в молекуле.

Способ 1. Наиболее общий способ, пригодный для любых молекул. Основан на зависимости валентного угла от гибридизации:

  1. а) валентные углы 109,5°, 107° и 105° свидетельствуют об sр3-гибридизации;
  2. б) валентный угол около 120° -sр2-гибридизация;
  3. в) валентный угол 180°-sp-гибридизация.

Способ 2. Пригоден для большинства органических молекул. Поскольку тип связи (простая, двойная, тройная) связан с геометрией, можно по характеру связей данного атома определить тип его гибридизации:

  • а)  все связи простые – sр3-гибридизация;
  • б) одна двойная связь – sр2 -гибридизация;
  • в) одна тройная связь — sp-гибридизация.
  • Гибридизация  — это мысленная операция превращения обычных (энергетически наиболее выгодных) атомных орбиталей в новые орбитали, геометрия которых соответствует экспериментально определенной геометрии молекул.
  • Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Источник: http://himege.ru/gibridizaciya-atomnyx-orbitalej/

Описание электронного строения молекул с позиций методов валентных связей и молекулярных орбиталей

Задача 241. Описать электронное строение молекул СО и СN с позиций методов ВС и МО. Какая из молекул характеризуется большей кратностью связи? Решение:а) Электронное строение молекул CO и CN с позиции метода ВС.

Электронная конфигурация атома углерода 1s22s22p2, атома кислорода 1s22s22p4, атома азота 1s22s22p3.

Электронное строение их валентных орбиталей в невозбуждённом состоянии может быть представлено следующими графическими схемами:а) атом углерода:      

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

б) атом азота: 

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

При возбуждении атом углерода переходит в состояние 1s22s12p3, а электронное строение его валентных орбиталей соответствует схеме:

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Два неспаренных электрона невозбуждённого атома углерода могут участвовать в образовании двух ковалентных связей по обычному механизму с атомом кислорода, имеющем два неспаренных электрона, с образованием молекулы СО. При образовании молекулы CN образуются две ковалентные связи по обычному механизму за счёт двух неспаренных электрона атома углерода и двух неспаренных электронов атома азота. Электронные схемы CO и CN:

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

б) Электронное строение молекул CO и CN с позиции метода МО.

Энергетические схемы образования молекул а) CO и б) CN:

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Из приведённых схем следует, что кратность связи в молекуле СО равна 3 [(6 — 0)/2 = 3], а в молекуле NO – 2,5[(5 – 0)/2 = 2,5].

Следовательно, молекула СО по отношению к молекуле NO характеризуется большей устойчивостью, чем больше кратность связи, тем короче связь. Молекула СN имеет один неспаренный электрон на связывающей орбитали, следовательно, она парамагнитна.

Молекула СО не имеет неспаренных электронов на связывающих и разрыхляющих орбиталях, значит, она диамагнитна. 

Задача 242. Рассмотреть с позиций метода МО возможность образования молекул В2, F2, BF. Какая из этих молекул наиболее устойчива?Решение:Энергетические схемы образования молекул а)В2, б) F2, в) BF:

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

Из составленных энергетических схем В2, F2, BF вытекает, что разность между числом связывающих и разрыхляющих электронов соответственно равны 2, 2 и 6, что отвечает кратности связи соответственно 1, 1 и 3. Следовательно, молекула BF характеризуется большей кратностью связи между атомами, она должна быть более прочной, чем у В2 и F2.

Источник: http://buzani.ru/zadachi/khimiya-glinka/1117-metod-molekulyarnykh-orbitalej-mo-zadachi-241-242

Молекулярные орбитали

Ранее было рассказано о том, что электроны в атомах находятся на орбиталях. Эти орбитали имеют характерную форму, которая определяется вспомогательным (орбитальным) квантовым числом.

Электроны в ковалентных соединениях находятся на молекулярных орбиталях.

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

На каждой молекулярной орбитали может находиться один или два электрона с противоположными спинами. Существуют молекулярные орбитали трех типов: связывающие, несвязывающие и разрыхляющие (антисвязывающие) орбитали.

Связывающие орбитали. Такие орбитали изображены с помощью точек и крестиков на рис. 2.3. Они образуются в результате перекрывания (наложения) атомных орбита-лей двух соседних атомов.

В свою очередь связывающие орбитали подразделяются на о (сигма)-орбитали и п (пи)-орбитали, соответствующие а- и я-связям.

Образование о-связи происходит в результате лобового перекрывания между атомными орбиталя-ми следующих типов:

двух s-орбиталей (рис. 2.4,а);

двух р-орбиталей, ориентированных вдоль одной прямой (рис. 2Л,а);

одной s-орбитали и одной р-орбитали, ориентированной в сторону s-орбитали (не показано на рис. 2.4).

Образование тс-связи происходит в результате бокового (двойного) перекрывания р-орбиталей двух атомов (рис. 2.4,6). Такая связь возникает только в том случае, если два атома уже связаны между собой ст-связью. Например, тройная связь в молекуле N2 состоит из одной ст-связи и двух я-связей.

Несвязывающие орбитали. Устойчивый октет электронов во внешней оболочке атома кислорода легко достигается путем обобществления двух из шести внешних электронов кислорода с другими атомами (рис. 2.5). При этом остальные четыре электрона не принимают участия в образовании связей. Эти четыре электрона составляют две неподеленные (т.е. необобществленные) пары.

Каждый атом в молекуле азота тоже имеет неподеленную пару электронов. Всего у

Молекулярные орбитали ацетилен - в помощь студенту

него имеется пять электронов во внешней оболочке. Два из этих пяти электронов образуют неподеленную пару на несвязывающей орбитали. Остальные три электрона участвуют в образовании тройной связи (рис. 2.5) и находятся на связывающих орбиталях.

Разрыхляющие орбитали. Каждая связывающая а- или я-орбиталь состоит из двух перекрывающихся атомных орбиталей. Электроны на таких орбиталях связывают атомы в молекулу. Но электроны могут находиться и на других орбиталях, где они способствуют разъединению молекулы.

Подобные орбитали называются разрыхляющими (электроны на них «разрыхляют» химическую связь в молекуле). Для обозначения разрыхляющих орбиталей используется звездочка, например разрыхляющая ст-орбиталь обозначается а*.

Разрыхляющая орбиталь имеет более высокую энергию, чем соответствующая (однотипная с ней) связывающая орбиталь (рис. 2.6). Поэтому на разрыхляющих орбиталях могут находиться только возбужденные электроны.

А так как связывающие электроны в молекулах обычно находятся в основном (невозбужденном) состоянии, разрыхляющие орбитали заселяются электронами в последнюю очередь.

Источник: http://www.himikatus.ru/art/ch-act/0088.php

ПОИСК

    Применение метода молекулярных орбиталей в органической химии создало новый подход в исследовании химического строения органических соединений. Сопоставление расчетных результатов с данными химического и физико-химического эксперимента позволяет судить об истинном строении органических веществ.

Результаты расчетов сводятся к следующему для каждой связи рассматриваемой молекулы вычисляется порядок связи — степень отклонения данной связи от ординарной. Порядок углерод-углеродных связей принимается в этане равным 1, этилене — 2, ацетилене—3.

Эти величины прямо пропорциональны значениям электронной плотности посередине расстояния между атомами. Порядок связей изменяется соответственно изменению величины межъядерного расстояния. На основании представления о порядке связи выводится понятие степень связанности атома .

Из этой величины находится относительная ненасыщенность атома углерода, или индекс свободной валентности, играющий важную роль при установлении харак- [c.

89]

    Образование стабильных связей М—С= в случае ацетилена и наличие относительно низких по энергии двух связывающих и двух разрыхляющих молекулярных орбиталей приводят к появлению целого ряда интересных особенностей в продуктах взаимодействия переходных и непереходных металлов с ацетиленовыми соединениями.

Специфичность поведения различных металлов по отношению 1К ацетилену, однако, в значительной степени неясна, хотя комплексы металлов с ацетиленовыми лигандами и а-металлоорганические этинильные продукты рассматриваются в ряде обзорных работ последних лет [335—339, 257, стр. 490]. [c.70]

    Формально арины можно получить отрывом двух атомов водорода от соседних атомов углерода ароматического кольца. У каждого углеродного атома при этом остается по одному электрону на орбиталях, оси которых расположены в плоскости ароматического кольца. По стерическим причинам перекрывание этих орбиталей очень неэффективно, но все же достаточно для образования общей молекулярной орбитали, а следовательно и слабой химической связи между этими атомами углерода, несколько напоминающей третью химическую зх-связь в ацетиленах (алкинах). Это подтверждается ИК-спектрами аринов, в которых имеется максимум поглощения в области 2085 см-, характерный для тройной связи. Квантово-химический расчет предсказывает уменьшение длины тройной связи в аринах и искажение валентных углов, облегчающее перекрывание орбиталей их третьей связи  [c.150]

    Для ностроения молекулярных орбиталей этана, этршена, ацетилена и других более крупных молекулы прош е всего воспользоваться методом небольших строительных блоков .

В самом деле, этан является соединением двух фрагмеитов СНз, этилен состоит из двух фрагмеитов СН2, а ацетилен — из двух фрагментов СН.

Пирамидальный ансамбль Нз нолучается путем удаления одного из атомов водорода из вершины тетраэдрического ансамбля Н4  [c.174]

    Идея об участии дативной связи в процессе активации ненасыщенных молекул была высказана Моисеевым при рассмотрении превращения я-комплекса иона ртути с ацетиленом в реакции Кучерова [497].

Образование трехцентровых молекулярных орбиталей за счет -электронов металлов и разрыхляющих орбиталей субстрата и их роль в реакциях принимались во внимание при рассмотрении активации хемосорбированных молекул [440], полимери- [c.185]

    Тройная связь в ацетилене также может быть представлена с помощью банановых связей, в данном случае трех. В образовании каждой связи участвуют два электрона. Читатель, без сомнения, поймет, что такое описание одинарной, двойной или тройной связи между двумя атомами углерода фактически является возрождением на языке теории молекулярных орбиталей старой идеи [c.113]

    По мнению Больмана, представления о большей симметрии ацетилена в сравнении с этиленом (Р. Рафаэль [5]) и о большем вкладе -орбитали в гибридную 5/ -орбиталь связи ацетилена (А.

Уолш [441]), хотя частично и вскрывают причину специфичности ацетилена, однако не объясняют меньшую, чем у этилена, поляризуемость и возбудимость я-связи в ацетилене.

Решение последнего вопроса Больман попытался найти путем определения действительной величины вклада я-связи в общую энергию ацетиленовой связи (по методу молекулярных орбиталей). Расчет показал, что энергия я-связи ацетилена на 15% выше, чем у этилена.

Читайте также:  Учет расходов по элементам затрат - в помощь студенту

Этот факт,— писали авторы,—обусловлен уменьшением расстояния между С-атомами и связанным с последним большим перекрыванием я-орбиталей… Таким образом, подвижность я-элек-тронов ацетиленовой связи ограничена, что отвечает незначительной склонности ацетилена к электрофильным реакциям [439, стр. 1285]. [c.94]

    Теоретический анализ этого спектра, проведенный Адрианом л Кочраном [30], показал, что неспаренный электрон сильно взаимодействует с чужим протоном в транс-положения и что валентный угол составляет примерно 140 (рис. VII.6).

По-видимому, присоединение атома водорода к ацетилену приводит к небольшому изгибу образовавшегося радикала. При этом на л-уровне остаются два электрона, а неспаренный электрон занимает молекулярную орбиталь, которая частично включает 25-функцию атома углерода.

К сожалению, в литературе нет данных по радикалам, содержащим изотоп С, которые дюгли бы подтвердить такое отнесение. [c.155]

Смотреть страницы где упоминается термин Молекулярные орбитали ацетилена: [c.569]    [c.213]    [c.94]    [c.98]    [c.102]    [c.48]    [c.56]    Смотреть главы в:

Органическая химия -> Молекулярные орбитали ацетилена

Молекулярные орбитали орбитали

Орбиталь молекулярная

© 2019 chem21.info Реклама на сайте

Источник: https://www.chem21.info/info/1520371/

Онлайн помощь по общей химической технологии

Всего было 15 предложений, заказчик выбрал автора lanalina

Кто поможет сделать помощь on-line по химии за 3 дня, тема «Онлайн помощь по общей химической технологии»

Начало примерно в 12 по Мск. Продолжительность 1 час. Вот примеры задач.

На нашем сервисе более 22153 профессиональных исполнителей, которые готовы выполнить ваше задание. Опишите его и получите их предложения с ценой.

Автор24 — это биржа, где напрямую у преподавателей/аспирантов/репетиторов можно заказать выполнение работы «тема»

17 ноября 2016

Заказчик создал задание на выполнение Помощи on-line по предмету Химия

17 ноября 2016

15 исполнителей откликнулись

17 ноября 2016

Заказчик переписывался с автором lanalina

17 ноября 2016

Заказчик выбрал автора lanalina,

20 ноября 2016

Автор выполнил работу по теме Онлайн помощь по общей химической технологии за 3 дня и уложился в заданный срок

20 ноября 2016

Заказчик принял работу с первого раза и оплатил заказ

20 ноября 2016

Заказчик оставил положительный отзыв.

Закажи её у наших авторов!

Молекулярные орбитали ацетилен Молекулярные орбитали ацетилена строятся из фрагментов

, которые имеют пять орбиталей: Рисунок 1.

Диаграмма образования орбиталей ацетилена из молекулярных орбиталей фрагментов

приведена на рис. 2.

Рисунок 2. Образование МО ацетилена из фрагментов СН: Н2С + СН2 Н2С=СН2

Синглетный метилен

имеет пустые и дважды занятые молекулярные орбитали. Поскольку электронная пара стремится з…

Стабильность алкильных радикалов

Химическая реакция происходит тогда, когда разрываются одни связи и образуются другие.

Ход той или иной реакции определяется несколькими факторами, главными из которых являются природа реагирующих молекул (реактантов) и атакующих реагентов, температура, концентрация компонентов, катализатор. Важное значение для определения механизма реакции принадлежит природе частиц (промежуточных), которые образ…

Радикальное присоединение HBr

Присоединение свободного радикала к олефину приводит к появлению нового радикала, который может присоединиться ко второй молекуле олефина (стадия б), затем к следующей и т. д.

, что ведет к теломеризации или к полимеризации. Однако радикал может взаимодействовать также и с субстратом (стадия в, стадия переноса).

Повторение стадий представляет собой цепной радикальный процесс присоединения А—В к оле…

Механизм SE2

Бимолекулярный механизм реакций

аналогичен механизму

в том отношении, что новые связи образуются, когда разрываются старыя.

Однако в механизме

входящие группы несут с собой пары электронов и эти орбитали могут перекрываться с орбиталями центральных атомов углерода лишь в той степени, при которой уходящие группы отделяются со своими электронами, иначе у атомы углерода имели бы бол…

  • Химия
  • Помощь on-line

Источник: https://Author24.ru/lenta/1483302/

Ахметов М. | Конспект лекций по общей химии | Журнал «Химия» № 26/2004

М.А.АХМЕТОВ Продолжение. Начало см. в № 8, 12, 13, 20, 23/2004

Глава 3. Химическая связь

Метод молекулярных орбиталей (МО) наиболее нагляден в его графической модели линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). Метод МО ЛКАО основан на следующих правилах. 1. При сближении атомов до расстояний химических связей из атомных орбиталей (АО) образуются молекулярные. 2. Число полученных молекулярных орбиталей равно числу исходных атомных. 3. Перекрываются атомные орбитали, близкие по энергии. В результате перекрывания двух атомных орбиталей образуются две молекулярные. Одна из них имеет меньшую энергию по сравнению с исходными атомными и называется связывающей, а вторая молекулярная орбиталь обладает большей энергией, чем исходные атомные орбитали, и называется разрыхляющей. 4. При перекрывании атомных орбиталей возможно образование и -связи (перекрывание по оси химической связи), и -связи (перекрывание по обе стороны от оси химической связи). 5. Молекулярная орбиталь, не участвующая в образовании химической связи, носит название несвязывающей. Ее энергия равна энергии исходной АО. 6. На одной молекулярной орбитали (как, впрочем, и атомной) возможно нахождение не более двух электронов. 7. Электроны занимают молекулярную орбиталь с наименьшей энергией (принцип наименьшей энергии). 8. Заполнение вырожденных (с одинаковой энергией) орбиталей происходит последовательно по одному электрону на каждую из них. Применим метод МО ЛКАО и разберем строение молекулы водорода. Изобразим на двух параллельных диаграммах энергетические уровни атомных орбиталей исходных атомов водорода (рис. 3.5).

Далее мысленно перекроем две атомные орбитали, образовав две молекулярные, одна из которых (связывающая) обладает меньшей энергией (расположена ниже), а вторая (разрыхляющая) – большей энергией (расположена выше) (рис. 3.6.).

Видно, что имеется выигрыш в энергии по сравнению с несвязанными атомами. Свою энергию понизили оба электрона, что соответствует единице валентности в методе валентных связей (связь образуется парой электронов).

Метод МО ЛКАО позволяет наглядно объяснить образование ионов и , что вызывает трудности в методе валентных связей. На -связывающую молекулярную орбиталь катиона переходит один электрон атома H с выигрышем энергии (рис.

 3.7).

В анионе на двух молекулярных орбиталях необходимо разместить уже три электрона (рис. 3.8).

Если два электрона, опустившись на связывающую орбиталь, дают выигрыш в энергии, то третьему электрону приходится повысить свою энергию. Однако энергия, выигранная двумя электронами, больше, чем проигранная одним. Такая частица может существовать.

Известно, что щелочные металлы в газообразном состоянии существуют в виде двухатомных молекул. Попробуем убедиться в возможности существования двухатомной молекулы Li2, используя метод МО ЛКАО.

Исходный атом лития содержит электроны на двух энергетических уровнях – первом и втором (1s и 2s) (рис. 3.9).

Перекрывание одинаковых 1s-орбиталей атомов лития даст две молекулярные орбитали (связывающую и разрыхляющую), которые согласно принципу минимума энергии будут полностью заселены четырьмя электронами.

Выигрыш в энергии, получаемый в результате перехода двух электронов на связывающую молекулярную орбиталь, не способен компенсировать ее потери при переходе двух других электронов на разрыхляющую молекулярную орбиталь.

Вот почему вклад в образование химической связи между атомами лития вносят лишь электроны внешнего (валентного) электронного слоя. Перекрывание валентных 2s-орбиталей атомов лития приведет также к образованию одной -связывающей и одной разрыхляющей молекулярных орбиталей.

Два внешних электрона займут связывающую орбиталь, обеспечивая общий выигрыш в энергии (кратность связи равна 1). Используя метод МО ЛКАО, рассмотрим возможность образования молекулы He2 (рис. 3.10).

В этом случае два электрона займут связывающую молекулярную орбиталь, а два других – разрыхляющую. Выигрыша в энергии такое заселение двух орбиталей электронами не принесет. Следовательно, молекулы He2 не существует. Методом МО ЛКАО легко продемонстрировать парамагнитные свойства молекулы кислорода.

С тем чтобы не загромождать рисунок, не будем рассматривать перекрывание 1s-орбиталей атомов кислорода первого (внутреннего) электронного слоя. Учтем, что p-орбитали второго (внешнего) электронного слоя могут перекрываться двумя способами.

Одна из них перекроется с аналогичной с образованием -связи (рис. 3.11).

Две других p-АО перекроются по обе стороны от оси x с образованием двух -связей (рис. 3.12).

Энергии сконструированных молекулярных орбиталей могут быть определены по данным спектров поглощения веществ в ультрафиолетовой области.

Так, среди молекулярных орбиталей молекулы кислорода, образовавшихся в результате перекрывания p-АО, две -связывающие вырожденные (с одинаковой энергией) орбитали обладают меньшей энергией, чем -связывающая, впрочем, как и *-разрыхляющие орбитали обладают меньшей энергией в сравнении с *-разрыхляющей орбиталью (рис. 3.13).

В молекуле O2 два электрона с параллельными спинами оказались на двух вырожденных (с одинаковой энергией) *-разрыхляющих молекулярных орбиталях.

Именно наличием неспаренных электронов и обусловлены парамагнитные свойства молекулы кислорода, которые станут заметными, если охладить кислород до жидкого состояния.

Среди двухатомных молекул одной из наиболее прочных является молекула CO. Метод МО ЛКАО легко позволяет объяснить этот факт (рис. 3.14, см. с. 18).

Результатом перекрывания p-орбиталей атомов O и C является образование двух вырожденных -связывающих и одной -связывающей орбитали. Эти молекулярные орбитали займут шесть электронов.

Следовательно, кратность связи равна трем. Метод МО ЛКАО можно использовать не только для двухатомных молекул, но и для многоатомных.

Разберем в качестве примера в рамках данного метода строение молекулы аммиака (рис. 3.15).

Поскольку три атома водорода имеют только три 1s-орбитали, то суммарное число образованных молекулярных орбиталей будет равно шести (три связывающих и три разрыхляющих). Два электрона атома азота окажутся на несвязывающей молекулярной орбитали (неподеленная электронная пара).

3.5. Геометрические формы молекул

Когда говорят о формах молекул, прежде всего имеют в виду взаимное расположение в пространстве ядер атомов. О форме молекулы имеет смысл говорить, когда молекула состоит из трех и более атомов (два ядра всегда находятся на одной прямой).

Форма молекул определяется на основе теории отталкивания валентных (внешних) электронных пар. Согласно этой теории молекула всегда будет принимать форму, при которой отталкивание внешних электронных пар минимально (принцип минимума энергии).

При этом необходимо иметь в виду следующие утверждения теории отталкивания.

1.  Наибольшее отталкивание претерпевают неподеленные электронные пары. 2.  Несколько меньше отталкивание между неподеленной парой и парой, участвующей в образовании связи.

3.  Наименьшее отталкивание между электронными парами, участвующими в образовании связи. Но и этого бывает недостаточно, чтобы развести ядра атомов, участвующих в образовании химических связей, на максимальный угол.

В качестве примера рассмотрим формы водородных соединений элементов второго периода: BeH2, BH3, CH4, C2H4, C2H2, NH3, H2O. Начнем с определения формы молекулы BeH2. Изобразим ее электронную формулу:

H:Be:H,

из которой ясно, что в молекуле отсутствуют неподеленные электронные пары. Следовательно, для электронных пар, связывающих атомы, есть возможность оттолкнуться на максимальное расстояние, при котором все три атома находятся на одной прямой, т.е. угол HBeH составляет 180°. Молекула BH3 состоит из четырех атомов. Согласно ее электронной формуле в ней отсутствуют неподеленные пары электронов:

  • Молекула приобретет такую форму, при которой расстояние между всеми связями максимально, а угол между ними равен 120°. Все четыре атома окажутся в одной плоскости – молекула плоская:
  • Электронная формула молекулы метана выглядит следующим образом:

Все атомы данной молекулы не могут оказаться в одной плоскости. В таком случае угол между связями равнялся бы 90°. Есть более оптимальное (с энергетической точки зрения) размещение атомов – тетраэдрическое. Угол между связями в этом случае равен 109°28'. Электронная формула этена имеет вид:

  1. Естественно, все углы между химическими связями принимают максимальное значение – 120°. Очевидно, что в молекуле ацетилена все атомы должны находиться на одной прямой:
  2. H:C:::C:H.
  3. Отличие молекулы аммиака NH3 от всех предшествующих состоит в наличии в ней неподеленной пары электронов у атома азота:
  4. Как уже указывалось, от неподеленной электронной пары более сильно отталкиваются электронные пары, участвующие в образовании связи. Неподеленная пара располагается симметрично относительно атомов водорода в молекуле аммиака:
  5. Угол HNH меньше, чем угол HCH в молекуле метана (вследствие более сильного электронного отталкивания). В молекуле воды неподеленных пар уже две:
  6. Этим обусловлена уголковая форма молекулы:

Как следствие более сильного отталкивания неподеленных электронных пар, угол HOH еще меньше, чем угол HNH в молекуле аммиака. Приведенные примеры достаточно наглядно демонстрируют возможности теории отталкивания валентных электронных пар. Она позволяет сравнительно легко предсказывать формы многих как неорганических, так и органических молекул.

3.6. Упражнения

1. Какие виды связей можно отнести к химическим? 2. Какие два основных подхода к рассмотрению химической связи вам известны? В чем состоит их отличие? 3. Дайте определение валентности и степени окисления. 4.

 В чем состоят отличия простой ковалентной, донорно-акцепторной, дативной, металлической, ионной связей? 5. Как классифицируют межмолекулярные связи? 6.

 Что такое электроотрицательность? Из каких данных электроотрицательность рассчитывается? О чем электроотрицательности атомов, образующих химическую связь, позволяют судить? Как изменяется электроотрицательность атомов элементов при продвижении в периодической таблице Д.И.Менделеева сверху вниз и слева направо? 7.

 Какими правилами необходимо руководствоваться при рассмотрении строения молекул методом МО ЛКАО? 8. Используя метод валентных связей, объясните строение водородных соединений элементов 2-го периода.

9. Энергия диссоциации в ряду молекул Cl2, Br2, I2 уменьшается (239 кДж/моль, 192 кДж/моль, 149 кДж/моль соответственно), однако энергия диссоциации молекулы F2 (151 кДж/моль) значительно меньше, чем энергия диссоциации молекулы Cl2, и выпадает из общей закономерности. Объясните приведенные факты.

10. Почему при обычных условиях CO2 – газ, а SiO2 – твердое вещество, H2O – жидкость, а H2S – газ? Попробуйте объяснить агрегатное состояние веществ. 11. Используя метод МО ЛКАО, объясните возникновение и особенности химической связи в молекулах B2, C2, N2, F2, LiH, CH4. 12. Используя теорию отталкивания валентных электронных пар, определите формы молекул кислородных соединений элементов 2-го периода.

Источник: https://him.1sept.ru/article.php?ID=200402604

Ссылка на основную публикацию