Menu

Химическая связь с точки зрения теории молекулярных орбиталей.

Альтернативный подход к представлениям о гибридизации орбиталей и металлической связи, описанным в разд. 1.5.3 и 1.5.4, следует из теории молекулярных орбиталей (МО). В то время как точное математическое представление молекулярных орбиталей можно получить путем расчетов с использованием мощного компьютера, комбинации орбиталей обычно рассматривают приблизительно как линейные комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). Иллюстрацией этого метода может служить простой пример с молекулой Н2. В данном случае имеется линейная комбинация двух атомных орбиталей 1s. Электронная плотность, определяемая квадратом волновой функции ф, должна быть одинаковой около каждого из атомов водорода. Поэтому возможные комбинации атомных орбиталей XA и XB для двух атомов

представляются следующим образом: и

Электронная плотность на орбиталях показана на рис. 1.13. Из поведения функции ф1 видно, что электронная плотность возрастает в области между ядрами, где имеется благоприятный потенциал притяжения. С другой стороны, электроны, описываемые функцией ф2, стремятся избежать данной области. Вследствие этого ф1 соответствует связывающей молекулярной орбитали, у которой при заполнении ее электронами энергия понижается. Функция ф2 характеризует соответствующую антисвязывающую ор-биталь, которая обладает большей энергией, чем отдельные атомы. Если электроны двух атомов водорода будут привнесены на эти орбитали, то они будут спариваться на связывающей орбитали, в то время как антисвязывающая орбиталь будет оставаться незанятой (рис. 1.13). Если использовать аналогичные построения при рассмотрении процесса образования молекулы Не2, то получим те же возможные комбинации орбита-лей — связывающую и антисвязывающую. И тогда в случае привнесения электронов на эти орбитали один электрон каждого атома гелия переходит на связывающую орбиталь, что приводит к образованию электронной пары, а второй электрон каждого атома занимает антисвязыва-ющую орбиталь. Такое пространственное расположение электронов является неустойчивым, так как понижение энергии, возникающее при спаривании электронов на связывающей орбитали, не компенсируется ее увеличением, обусловленным спариванием электронов на антисвязываю-щих орбиталях. Поэтому гелий не образует молекул Не2, а существует в виде отдельных атомов (рис. 1.14).

Рис. 1.13 Молекулярные орбитали H2. При соединении двух атомов водорода отдельные электроны становятся спаренными на орбитали ф1, обладающей более низкой энергией связи.

Рис. 1.14 Изображение связи в молекуле Не2 с помощью молекулярных орбиталей. Когда соединяются два атома гелия, пары электронов каждого из них разъединяются: один электрон переходит на орбиталь со связью, а другой на орбиталь с антисвязью, где они спариваются с электронами другого атома. В этом случае энергия системы оказывается выше, чем у двух отдельных атомов, и поэтому молекула Не2 не образуется.

Аналогичным путем молекулярные орбитали можно построить из атомных орбиталей более тяжелых атомов. Взаимодействие связей зависит от степени перекрытия атомных орбиталей соседних атомов. Чтобы две орбитали могли создать эффективную связь, обеспечивающую образование молекулярных орбиталей, две атомные орбитали должны обладать: 1) близкими значениями энергии; 2) правильной относительной симметрией. Следовательно, у линейных молекул отсутствуют взаимосвязи между орбиталями ст-типа (орбитали s и p Z), обладающими максимальной плотностью вдоль молекулярной оси, и орбиталямир-типа (орбитали px , py, а также d и f), которые имеют выступы в плоскости, параллельной молекулярной оси, и выступы противоположных знаков по обе стороны от нее.

Атом Двухатомная Небольшая Большая Твердое молекула молекула молекула тело

В теории МО придается особое значение де-локализованной природе распределения электронов, которая состоит в том, что молекулярные орбитали простираются через всю структуру атомов. Общее число сформировавшихся молекулярных орбиталей, которые могут быть связывающими, антисвязывающими и без связей, является таким же, как и число участвовавших в их создании орбиталей с валентными атомами. По мере укрупнения молекул их молекулярные орбитали становятся более многочисленными, а распределение их энергий более плотным (рис. 1.15). Мы можем считать кристалл не более чем гигантской молекулой, и молекулярные орбитали будут простираться через весь кристалл. Строго говоря, в конечном кристалле может находиться только ограниченное число валентных электронов и, следовательно, ограниченное число валентных орбита-лей. Поэтому мы приходим к очень большому числу орбиталей в кристалле, обладающих настолько близкими значениями энергии, что их скорее следует рассматривать как энергетические пояса, чем как отдельные орбитали.

Рис. 1.15 Схематическая диаграмма, показывающая усложнение перекрытия орбиталей по мере того, как растет число атомов, создавая непрерывные энергетические пояса в твердом теле

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4892 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:8081 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4928 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Основные структурные единицы литосферы

Основными структурными единицами литосферы являются литосферные плиты (рис. 7.4). Некоторые из них, как, например, Тихоокеанская и Наска представлены в верхней части океанской корой. В составе других присутствует как океанская, так...

14-10-2010 Просмотров:7066 Геологическое картирование, структурная геология

Подбор вентилятора

В системах охлаждения автотракторных двигателей применяют осевые или центробежные вентиляторы, предпочтение которым отдается по соображениям компоновочного порядка. Центробежные вентиляторы применяют преимущественно в системах с воздушным охлаждением. Окружная скорость таких вентиляторов...

25-08-2013 Просмотров:4613 Основы конструирования автотракторных двигателей

Плиты покрытий

Плиты покрытий выполняют несущие, ограждающие или несуще-ограждающие функции и могут изготавливаться из различных материалов: железобетона, армоцемента, асбестоцемента, стали, алюминия, стеклопластика, дерева, пленки или ткани. Ограждающие плиты отличаются от остальных тем...

20-09-2011 Просмотров:8890 Вантовые покрытия