Biletul numărul 11 Legătura chimică și structura moleculelor
Lungimeaunei legături chimice este distanța dintre nucleele atomilor legați chimic [1][2] . Lungimea unei legături chimice este o mărime fizică importantă care determină dimensiunile geometrice ale unei legături chimice și extinderea acesteia în spațiu.
Se crede că lungimea unei legături chimice este o cantitate aditivă determinată de suma atomilor cu raze covalente care alcătuiesc legătura chimică.L. Pauling în cartea sa [5] a dat valorile razelor covalente ale unei mari număr de elemente.
Cu toate acestea, lungimea legăturii chimice (dAB) dintre atomii electronegativi și electropozitivi este oarecum mai mică decât lungimea obținută prin adăugarea razelor covalente ale elementelor (rA și rB) care alcătuiesc molecula. Corecția pentru abaterea de la principiul aditivității razelor covalente este luată în considerare de ecuația Schomaker-Stevenson:
Valența spinului este determinată de numărul de electroni nepereche din stratul de electroni exterior (de valență). De exemplu, un atom de carbon în starea fundamentală are 2 electroni nepereche - valența spinului este 2. Valență în stare excitată: atunci când un atom este excitat, 2 electroni sunt perechi, urmați de tranziția unui electron la un orbital liber de un subnivel superior. De exemplu, în timpul hibridizării sp3 a carbonului, 2 electroni 2s2 sunt deviați și unul merge la un orbital 2p liber. Și acum că există 4 electroni nepereche, valența spinului este 4.
Metoda legăturii de valență.
O metodă aproximativă de calcul chimic cuantic bazată pe ideea că fiecare para-atom dintr-o moleculă este ținut împreună de una sau mai multe perechi de electroni partajate.
Teoria legăturilor de valență a fost fondată în 1927 de W. Heitler și F. London pe exemplul unui calcul chimic cuantic al unei molecule de hidrogen. În centrul teoriei legăturilor de valențăExistă o ipoteză că atunci când o moleculă se formează din atomi, aceștia din urmă își păstrează în mare măsură configurația electronică, iar legarea atomilor se realizează ca urmare a schimbului de electroni între ei și a împerecherii spinilor a doi electroni situati în atomul. orbitalii atomilor originari.
Perechea de electroni este răspândită pe întreg spațiul moleculei cu densități diferite, iar pe linia de comunicație dintre nuclei există o concentrație a densității electronice în comparație cu alte zone ale spațiului. Această îngroșare a densității electronice pe linia care leagă nucleele atomilor provoacă un efect de constrângere asupra nucleelor și, în consecință, duce la formarea unei legături chimice. Energia de legare este determinată în principal de integrala de schimb, a cărei valoare depinde în esență de gradul de suprapunere a orbitalilor atomici ai atomilor.
Conceptul de hibridizare a orbitalilor atomici este esențial pentru teoria legăturilor de valență. Conceptul de hibridizare a orbitalilor atomici a fost propus in 1931 de L. Pauling pentru a explica structura tetraedrica a compusilor unui atom de carbon saturat. Potrivit lui Pauling, orbitalii mixți sau hibridi ai carbonului pot fi calculați folosind operații algebrice simple. Pentru a face acest lucru, este important să țineți cont de dependența orbitalilor s și p electronici de direcția lor în spațiu și să le adăugați astfel încât orbitalii hibrizi să capete configurația cea mai alungită. În acele locuri în care orbitalii hibrizi sunt cei mai alungiți, se formează legături chimice între atomi. Și aceste legături sunt direcționate de la miez la colțurile unui tetraedru obișnuit (Fig. 2).
Pauling a extins mai târziu ideea hibridizării la compușii organici nesaturați. Așa au apărut diferite tipuri de hibridizare: sp 3 - hibridizarea este folosită pentru a descrie compuși organici saturați—alcani; sp 2 - hibridizarea este folosită pentru a descrie compuși nesaturați care conțin o legătură dublă -alchene(Fig. 3); sp - hibridizarea este folosită pentru a descrie compuși nesaturați care conțin o legătură triplă -alchine(Fig. 4). Hibridizarea orbitalilor atomici în sine nu este un proces fizic real, ci doar un model convenabil care permite explicarea distribuției densității electronilor în molecule în timpul formării uneilegături chimice covalente.
Unghiul de valențăeste unghiul format de direcțiile legăturilor chimice care emană de la un atom. Cunoașterea unghiurilor de legătură este necesară pentru a determina geometria moleculelor. Unghiurile de valență depind atât de caracteristicile individuale ale atomilor atașați, cât și de hibridizarea orbitalilor atomici ai atomului central. Pentru moleculele simple, unghiul de legătură, precum și alți parametri geometrici ai moleculei, pot fi calculate prin metode de chimie cuantică. Experimental se determină din valorile momentelor de inerție ale moleculelor obținute prin analiza spectrelor lor de rotație (vezi Spectroscopie în infraroșu, Spectre moleculare, Spectroscopie cu microunde). Unghiul de legătură al moleculelor complexe este determinat prin metodele de analiză structurală prin difracție.
Structură moleculară:BrF2–liniar, BF3-planar, CCl4-tetraedric, SF6-octaedric, H2O-planar, NH3- piramidă trigonală