Файл: rior_10.pdf

магнитное  квантовое  число 

m

l

  определяет  ори­

ентацию  орбиталей  в  пространстве,  причем  число  ва­

риантов  распределения  электронной  плотности  свя­

зано  с  орбитальным  квантовым  числом,  т.е.  зависит 

от  формы  электронного  облака.  Например,  для  

s

­электронов (форма облака — сфера) имеется лишь 

один  вариант  распределения  плотности  облака,  для 

р

­электронов  —  три  варианта  распределения  плот­

ности электронного облака. Соответственно, 

d

­элект­

роны  имеют  пять,  а 

f

­электроны  —  семь  вариантов 

распределения электронной плотности.

спиновое квантовое число 

m

s

 характеризует вра­

щение электронов вокруг своей оси. Спиновое кван­

товое  число  может  принимать  лишь  два  значения: 

+1/2 

m

s

 и –1/2 

m

s

. Если два электрона имеют одина­

ковые  квантовые  числа 

n

,  l, 

m

l

  и  отличаются  только 

спиновым  квантовым  числом  (т.е.  имеют  противопо­

ложные направления вращения), то они образуют так 

называемую электронную пару.

26.  типы связей в Органических 

сОединениях

1. ионная связь. 

Образуется между атомами, зна­

чительно  отличающимися  по  электроотрицательнос­

ти. Не характерна для органических соединений.

2. водородная связь.

 Если атом водорода связан 

с сильно электроотрицательным элементом (О, N, F), 

то в результате существенного смещения электронов 

связи  к  электроотрицательному  элементу  первый 

приобретает частично положительный заряд и может 

электростатически  взаимодействовать  с  обогащен­

ным электронами центром.

3.  ковалентная  связь 

наиболее  характерна  для 

органических соединений. 

механизм образования ковалентной связи.

 Обра­

зование связи между атомами с одинаковой или близ­

кой по значению электроотрицательностью происходит 

в  результате  перекрывания  двух  атомных  орбиталей  с 

образованием 

связывающей

 молекулярной орбитали, 

на  которой  и  располагаются  оба  электрона  от  связан­

ных  атомов.  Энергия  связывающей  молекулярной  ор­

битали  ниже  энергии  атомных  орбиталей,  из  которых 

она построена. Образуется электронная пара, принад­

лежащая  обоим  атомам.  В  соответствии  с  принципом 

квантовой механики при смешении 

n

 атомных орбита­

лей  образуется 

n

  молекулярных  орбиталей.  Таким  об­

разом, появляется еще одна молекулярная орбиталь — 

разрыхляющая (антисвязывающая)

.

разновидности ковалентной связи.

Связь  может  возникать  за  счет  перекрывания  двух  

s

­орбиталей, 

s

­  и 

р

­орбиталей,  а  также 

р

­  и 

р

­орбиталей. 

σ

-связь

  —  это  одинарная  ковалентная 

связь,  образованная  при  перекрывании  атомных  ор­

биталей (АО) по прямой, соединяющей ядра двух свя­

зываемых атомов с максимальным перекрыванием на 

этой прямой (рис. 1).

Рис. 1. Схема образования

σ

­связей путем перекрывания 

двух 

s

­AO (a), 

s

­ и 

p

­AO (б) и двух 

p

­АО (в)

π

-связь

 — это связь, образованная при боковом пе­

рекрывании негибридизованных 

р

­АО с максимальным 

перекрыванием над и под плоскостью 

у

­связей. Элек­

тронная  плотность 

π

­связи  концентрируется  выше  и 

ниже плоскости 

σ

­связей (рис. 2).

Рис. 2. Схема образования

π

­связей путем перекрывания 

двух 

р

­AO (a), 

р

­ и 

d

­AO (б) и двух 

d

­АО (в)

гибридизация

  —  процесс  перестройки  неравно­

ценных  по  форме  и  энергии  электронных  облаков, 

приводящих к образованию гибридных облаков, оди­

наковых  по  форме  и  энергии.  Виды  гибридизации: 

sp

 (BeX

2

,  ZnX

2

,  HgX

2

,  X  —  галоген), 

sp

2

  (BF

3

,  бензол, 

этилен), 

sp

3

 (метан).

4. координационная связь 

образуется, если один 

из  взаимодействующих  атомов  имеет  неподеленную 

электронную  пару,  а  второй  —  вакантную  орбиталь, 

способную принять эти электроны. Атом, представля­

ющий  электронную  пару  для  образования  связи,  на­

зывают 

донором

,  а  атом,  принимающий  ее,  — 

ак-

цептором

. Поэтому такую связь часто называют 

до-

норно-акцепторной

,  а  атом,  представляющий  свою 

неподеленную электронную пару, — 

n

­донором. 

в

б

а

а

б

в

27.  ОбразОвание кОвалентных связей  

атОма углерОда

простая связь.

 Электронная конфигурация основ­

ного  состояния  атома  углерода  1

s

2

2

s

2

2

p

2

,  т.е.  фор­

мально  углерод  должен  проявлять  валентность,  рав­

ную  двум,  так  как  на  внешнем  электронном  слое  на­

ходятся  два  неспаренных  (валентных)  электрона. 

В большинстве органических соединений углерод че­

тырехвалентен, так как в процессе образования свя­

зей атом углерода переходит в возбужденное состоя­

ние. При этом происходит «расспаривание» 2

s

2

­элек­

тронов,  один  из  которых  переходит  на  близкую  по 

энергии 2

р

­орбиталь:

гибридизация

 — комбинация участвующих в обра­

зовании связей орбиталей (например, 

s

­ и 

р

­орбита­

лей)  с  образованием  более  энергетически  выгодных 

и  удобных  для  образования  связей  гибридных  атом­

ных орбиталей.

Для  атома  углерода  в  возбужденном  состоянии 

комбинация одной 

s

­ и трех 

р

­орбиталей приводит к 

четырем одинаковым орбиталям; за счет них атом уг­

лерода  образует  четыре  ковалентные  связи  (напри­

мер,  с  атомами  водорода  в  СН

4

),  направленные  под 

углом 109°28

′

 друг  к другу, что соответствует тетраэ­

дрической форме молекулы СН

4

.

Атом углерода в таком состоянии называют 

sр

3

-гиб-

ридизованным

. Для атома углерода возможна гибри­

дизация 

s

­орбитали не только с тремя, но с одной или 

с двумя 

р

­орбиталями. При этом число образующихся 

гибридных орбиталей равно числу участвующих в ком­

1s

2

 2s

2

 2p

2

1s

2

 2s 2p

3

основное состояние

возбужденное состояние

бинации 

s

­ и 

р

­орбиталей, а форма и энергия орбита­

лей аналогичны форме и энергии 

sр

3

­орбитали.

двойная  углерод-углеродная  связь 

(на  примере 

молекулы  этилена).  В  образовании  C=C  связи  уча­

ствуют  атомы  углерода,  находящиеся  в  состоянии 

sр

2

­

гибридизации

.  Три  гибридные 

sр

2

­орбитали 

каждого  атома  углерода  (образовавшиеся  из  одной 

s

­ и двух 

р

­орбиталей) участвуют в образовании трех 

σ

­связей: одной с соседним атомом углерода и двух с 

атомами  водорода.  Все 

σ

­связи  расположены  в 

одной плоскости под углом 120° по отношению друг к 

другу.  При  этом  у  каждого  атома  углерода  остается 

по  одному  свободному  электрону,  находящемуся  на 

негибридизованной 

р

­орбитали, ось которой перпен­

дикулярна  плоскости,  в  которой  лежат 

π

­связи.  Эти 

негибридизованные  орбитали  также  перекрываются 

так называемым боковым (латеральным) перекрыва­

нием.  Связь,  образованную  за  счет  такого  перекры­

вания, называют 

π

­связью. 

тройная  углерод-углеродная  связь 

(на  примере 

молекулы  ацетилена)

.

  В  образовании  тройной  связи 

участвуют атомы углерода, находящиеся в состоянии 

sp-

гибридизации

.  Две  гибридные 

sp

-

орбитали  (об­

разовавшиеся  из  одной 

s

­  и  одной 

р

­орбитали)  каж­

дого  атома  углерода  участвуют  в  образовании  двух 

π

­связей,  направленных  под  углом  180°  друг  к  другу. 

При  этом  две 

р

­орбитали  у  каждого  атома  углерода 

остаются негибридизованными. Эти четыре негибри­

дизованные  орбитали  попарно  перекрываются  (по 

типу  перекрывания  в  этилене),  образуя  две 

π

­связи, 

находящиеся  в  плоскостях,  перпендикулярных  друг 

другу.