Пример 3. Описание химической связи методом молекулярных орбиталей

1. С позиций метода молекулярных орбиталей обоснуйте существование молекулы и невозможность образования молекулы .

Решение. Литий и бериллий – элементы II-го периода Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Валентными орбиталями для них являются по одной 2s- и по три 2p-атомных орбитали (АО). Следовательно, в двухатомных молекулах и должно образоваться по восемь молекулярных орбиталей (МО), из которых четыре являются связывающими () и четыре – анти связывающими или разрыхляющими (МО*), причем, одинаковых для обеих молекул (см. Рис. 5). Отличие состоит в числе электронов на этих МО.

Электроны внутреннего невалентного уровня 1s между собой не взаимодействуют и переходят в состав молекулы в виде молекулярных орбиталей не связывающих ( или ).

Заметим также, что некоторые авторы отмечают для молекул, образованных атомами конца II-го периода (начиная от азота), расположение - МО ниже π – МО, объясняя это большей прочностью σ- связи.

Таким образом, число МО всегда равно числу исходных АО, сколько бы их ни было. И количество электронов, размещающихся на МО, всегда равно количеству исходных электронов на АО.

Е Е

π*_y π*_z

2p 2р

p_z p_y p_x p_x p_y p_z

π _y π_z

2s σ *_2s 2s

1s 1s

АО МО АО

Рис. 5. Энергетическая диаграмма расположения МО двухатомных молекул II-го периода.

Можно предположить, что молекула образуется в результате взаимодействия двух атомов лития согласно последовательности (9) по следующей схеме:

+ → [2( ( ].

Как видим, в молекуле четыре электрона с 1s-АО от двух атомов лития образуют две не связывающие молекулярные орбитали , их, как правило, можно не указывать в формулах. Два электрона с 2s-АО займут – (Рис.6, а), энергия которой становится меньше энергии всех . В молекуле формируется одинарная связь (порядок связи, согласно формуле 10, n = = 1), она осуществляется одной парой электронов.

В атоме бериллия на втором энергетическом уровне располагаются два 2s электрона в одной энергетической ячейке, они спаренные. Схема образования молекулы имеет вид:

) + ) → [2( ( ( ].

При образовании этой молекулы четыре электрона с 2s-АО двух атомов бериллия занимают две МО – связывающую и анти связывающую – σ_2s и σ*_2s (Рис. 6, б). В гипотетической молекуле число электронов на связывающей и анти связывающей молекулярных орбиталях одинаково. Это означает, что выигрыш в энергии от перехода электронов с 2s-АО на σ_2s-МО полностью компенсируется проигрышем от перехода еще двух 2s-электронов с АО на σ*_2s-МО, изменение энергии системы равно нулю, связь не образуется. Об этом же свидетельствует и расчет порядка связи в : n = = 0.

Е E E E

●●

2s ● ● 2s 2s ●● ●● 2s

1s ●● ●● ●● ●● 1s 1s ●● ●● ●● ●● 1s

σ_2s ●● ●● σ_2s

Дата добавления: 2015-07-11