АО МО АО. Рис. 8. Энергетическая диаграмма молекулы LiF.

Рис. 8. Энергетическая диаграмма молекулы LiF.

() + () → [ ]

Из Рис.8 видно, что МО связывающая располагается ближе к АО фтора и она стала практически принадлежать этому ядру. В поле действия ядра оказались также 4 МО несвязывающие с 8-ю электронами. Оба указанных фактора привели к появлению отрицательного заряда на атоме фтора и положительного - на атоме лития, что свидетельствует об образовании ионной связи.

Этот вывод согласуется с разностью электроотрицательностей фтора и лития: = 4,0; = 1,0; ΔЭО_Li-F = 3,0, характеризующей ионный тип связи (значения ЭО приведены в Приложении 3), и с величиной порядка связи в соединении: n = = 1.

Правда, надо заметить, что молекулярное строение возможно только в парообразном состоянии, а в конденсированной форме (твердой или жидкой) кристаллическая структура ионного соединения имеет немолекулярное строение.

Ответ: в молекуле ионный тип связи, порядок связи n = 1.

1. Составьте энергетическую диаграмму молекулы воды , предскажите её полярные и магнитные свойства, а также пространственное строение.

Решение. Для построения энергетической диаграммы многоатомной (содержащей больше двух атомов) молекулы необходимо вначале уяснить, какой из атомов в ней является центральным, так как именно с него начинается построение диаграммы. Для этого атома выделяется одна энергетическая ось (удобнее, чтобы она располагалась слева), а энергетические диаграммы других атомов (их называют лигандами) объединяются на второй (правой) оси.

Для нашего случая центральным атомом в молекуле воды будет, понятно, атом кислорода, а лиганды – два атома водорода. На Рис. 9 показано расположение электронов на первом и втором энергетических уровнях атома кислорода и единственном первом энергетическом уровне двух атомов водорода на осях АО.

На энергетической оси атома кислорода отмечены все его АО, а не только валентные. Но внимание! Все 2р-АО у атома кислорода одинаковые, однако, в целях экономии места на рисунке они изображены на разных уровнях и объединены фигурной скобкой (такая скобка является стандартным обозначением одинаковости АО). На правой оси отмечены энергии двух АО двух атомов водорода, тоже одинаковых по величине Е.

А откуда мы знаем, что энергии1s-AO атомов водорода и 2р-АО атома кислорода одинаковые? На это нам указывают значения энергии ионизации этих атомов:

= 13,6 эВ; = 13,62 эВ (см. таблицу Приложения № 3).

О Н₂О 2Н

Е Е

σ_s*

σ_p*

● ● 1s

2p ● ● 1s

●● ●● π_op

2s ●● ●● σ_os

1s ●● ●● σ_оs

●● ●● σ_p

АО МО АО

Рис. 9. Энергетическая диаграмма молекулы воды.

Теперь приступим к построению энергетической диаграммы молекулярных орбиталей. Обращаем внимание на то, что в образовании связей между атомом кислорода и двумя атомами водорода принимают участие пять валентных АО, занятые 6-ю электронами (три АО и 4 ē атома кислорода и две АО с 2 ē двух атомов водорода). Не забываем также, что две АО от атома кислорода с 4-я электронами, а именно 1s² и 2s², в образовании связей не участвует из-за значительного расхождения в энергии с 1s-орбиталью атомов водорода и переходят в состав молекулы в виде несвязывающих МО и .

Поскольку вступают во взаимодействие 5 валентных АО, то должно получиться и 5 МО. Запомним, что число связывающих МО всегда определяется по числу атомных орбиталей того партнера, у которого их меньше. Таковыми выступают атомы водорода. Следовательно, в молекуле Н₂О образуются две связывающие МО и, учитывая их энергетическую последовательность, такими орбиталями будут σ1s2p_x и σ1s2p_y (на рис.9 они отмечены как σ_s и σ_р). Соответственно числу связывающих МО число антисвязывающих или разрыхляющих МО также равно двум, это σ*1s2p_x и σ*1s2p_y (на Рис.9 они отмечены как σ*_s и σ*_р).

Поскольку для оставшихся валентных 2p_z-АО атома кислорода партнёров больше нет, то эти орбитали также как орбитали 1s и 2s, перейдут в молекулу воды в виде несвязывающей МО - (на Рис.9 она отмечена как МО ). По диаграмме видно, что все несвязывающие МО находятся между связывающими и антисвязывающими МО, т.е. не дают вклада в энергию связи, отсюда их название. Образование молекулы воды может быть представлено следующим уравнением:

О (1s²2s²2p⁴) + 2H (1s²) → H₂O [( ( ( ()² ( ].

Порядок связи в молекуле определяется по формуле (10): n = = 2. Поскольку в молекуле отсутствуют МО с неспаренными электронами, то такая молекула будет диамагнитной (выталкивается из магнитного поля).

Диаграмма на Рис. 9 позволяет нам сделать вывод о полярности молекулы воды (смещение электронной плотности к атому кислорода) и предсказать пространственное строение молекулы. О смещении электронной плотности в молекуле можно судить по разности электроотрицательностей атомов кислорода и водорода (см. Приложение № 3): = 3,5; = 2,1; ΔЭ = 1,4, что свидетельствует о наличии в молекуле двух ковалентных полярных связей.

В молекуле воды имеется четыре максимума электронной плотности (4 занятых электронами МО) на внешнем 2-м энергетическом уровне, но из них только две МО_связ и две МО_несвяз. В силу неодинаковости электронных орбиталей молекула воды имеет не тетрэдрическое пространственное строение, а пирамидальное с искаженными углами между ядрами (искаженная треугольная пирамида с ядром атома кислорода в центре).

Ответ: молекула воды полярная, диамагнитная, пространственное строение – неправильная треугольная пирамида с ядром атома кислорода в её центре.

Дата добавления: 2015-07-11