Кратные (двойные и тройные) связи
Для еще одной пары электронов места между атомами не остается. Как тогда образуются двойные и даже тройные связи? Возможно перекрывание электронных облаков, ориентированных перпендикулярно к оси, проходящей через центры атомов (рис. 6.4). Если ось молекулы совместить с координатой ху то перпендикулярно к ней ориентированы орбитали plf и р2. Попарное перекрывание ру и р2 орбиталей двух атомов дает… Читать ещё >
Кратные (двойные и тройные) связи (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Во многих молекулах атомы соединены двойными и тройными связями:
Возможность образования кратных связей обусловлена геометрическими характеристиками атомных орбиталей. Атом водорода образует свою единственную химическую связь с участием валентной 5-орбитали, имеющей сферическую форму. У остальных атомов, включая даже атомы элементов 5-блока, появляются валентные р-орбитали, имеющие пространственную направленность вдоль осей координат.
В молекуле водорода химическая связь осуществляется электронной парой, облако которой сконцентрировано между атомными ядрами. Связи такого типа называют ст-связями (а — читается «сигма»). Они образуются при взаимном перекрывании как 5-, так ир-орбиталей (рис. 6.3).
Рис. 63. Разновидности о-связей.
Для еще одной пары электронов места между атомами не остается. Как тогда образуются двойные и даже тройные связи? Возможно перекрывание электронных облаков, ориентированных перпендикулярно к оси, проходящей через центры атомов (рис. 6.4). Если ось молекулы совместить с координатой ху то перпендикулярно к ней ориентированы орбитали plf и р2. Попарное перекрывание ру и р2 орбиталей двух атомов дает химические связи, электронная плотность которых сконцентрирована симметрично с двух сторон от оси молекулы. Они называются л-связями.
Если у атомов на ру и (или) р2 орбиталях имеются неспарениые электроны, то образуются одна или две л-связи. Этим и объясняется возможность существования двойных (а + я) и тройных (а + я + я) связей. Простейшей молекулой с двойной связью между атомами является молекула углеводорода этилена С2Н4. На рис. 6.5 представлено облако я-связи в этой молекуле, а ст-связи обозначены схематически штрихами. Молекула этилена состоит из шести атомов. Вероятно, читателям приходит в голову, что двойную связь между атомами изображают в более простой двухатомной молекуле кислорода (0=0). В действительности, электронное строение молекулы кислорода более сложно, и ее строение удалось объяснить только на основе метода молекулярных орбиталей (см. ниже). Примером простейшей молекулы с тройной связью является азот. На рис. 6.6 представлены я-связи в этой молекуле, точками показаны неподеленные электронные пары азота.
Рис. 6.4. Образование я-связи
Рис. 6.5. Электронное облако я-связи в молекуле этилена
Рис. 6.6. Электронные облака я-связей в молекуле азота
При образовании я-связей прочность молекул возрастает. Для сравнения возьмем некоторые примеры.
Водород. | Фтор | Этан. | Этилен. | Азот. |
Н-Н. | F-F. | н, с-сн.,. | Н2С=СН,. | N=N. |
Еса, кДж/моль 435,9. | ~ 620. |
Рассматривая приведенные примеры, можно сделать следующие выводы:
- — прочность (энергия) связи возрастает при увеличении кратности связи;
- — на примере водорода, фтора и этана можно также убедиться, что прочность ковалентной связи определяется не только кратностью, но и природой атомов, между которыми возникла эта связь.
В органической химии хорошо известно, что молекулы с кратными связями более реакционноспособны, чем так называемые насыщенные молекулы. Причина этого становится понятной при рассмотрении формы электронных облаков. Электронные облака a-связей сконцентрированы между ядрами атомов и как бы экранированы (защищены) ими от воздействия других молекул. В случае я-связи электронные облака не экранированы ядрами атомов и легче смещаются при сближении реагирующих молекул. Этим облегчаются последующие перестройка и превращение молекул. Исключением среди всех молекул является молекула азота, которая характеризуется одновременно очень большой прочностью и крайне низкой реакционной способностью. Поэтому азот и оказатся главной составляющей атмосферы.