Гибридизация. Прочность гибридных связей. Роль и значение гибридизации, страница 2

                                                                                           (10.4)

          Рис.10.3. Тригональная (а) sp²- и диагональная (б) sp-гибридные АО.

          Тригональная гибридизация используется для описания этиленподобных состояний. В этилене (Н₂С=СН₂) все 6 атомов лежат в одной плоскости и углы несильно отличаются от 120^о. Из трёх тригональных орбиталей одного атома углерода одна перекрывается с себе подобной от другого атома углерода с образованием s-связи, а две другие образуют s-связь с двумя атомами водорода. Вторая связь между атомами углерода образуется за счёт перекрывания оставшихся р-орбиталей с образованием p-связи. Такая двойная связь требует плоской структуры молекулы этилена, малого расстояния между атомами углерода (1.34  вместо 1.54  для простой С-С-связи) и большой энергии для скручивания молекулы (в обычном состоянии вращение вообще отсутствует).

          В молекуле ацетилена НСºСН тройная связь образуется за счёт диагональной гибридной и двух р-орбиталей от каждого атома углерода. Т.о. в этом случае тройная связь состоит из одной s-связи и двух p-связей. Соответственно молекула ацетилена линейна и характеризуется осевой симметрией.

          10.3. Не эквивалентные гибридные АО.

          Рассмотренные три типа гибридизации sp³_, sp² и sp дают эквивалентные атомные орбитали. Однако возможно образование промежуточных видов гибридных АО, которые не все будут между собой эквивалентными. Необходимым условием существования любых гибридных АО является их ортогональность. В противном случае каждая из орбиталей будет включать в себя часть от всех прочих. Условие ортогональности: 1 + lm cosQ_ij = 0.  Выведем условие ортогональности для гибридных АО.  Любая гибридная орбиталь, построенная из s- и р-орбиталей и имеющая максимум в направлении i, может быть выражена так:

 s + lp_i,                                                                                              (10.5)

где l - коэффициент смешивания. Тогда в направлении j

s + mp_j.                                                                                               (10.6)

Эти две гибридные АО будут ортогональны, если выполняется условие:

.                                                                      (10.7)

Т.к. , то

.

Из условия нормиронованности и ортогональности АО  s, p_i и p_j следует, что ,  и . Учитывая, что , получаем  условие ортогональности:

1 + lmcosQ_ij = 0.                                                                                (10.8)

          Таблица 10.1. Эквивалентные гибридные АО (коэффициенты в выражении N(s + lp)).  

Теперь можно составить гибридные орбитали, подобные 10.5, для любых четырёх направлений (в тетраэдре), если найдены соответствующие коэффициенты l, m, ..., удовлетворяющие условию 10.8. Если гибридные орбитали эквивалентны, то 1 + l²cosQ_ij = 0. В табл.10.1 представлены данные по эквивалентным гибридным АО. Очевидно, что cosQ_ij должен быть отрицательным, откуда Q_ij ³ 90⁰.  Это справедливо и когда гибридные АО неэквивалентны. Рассмотренные типы гибридизации справедливы не только для углерода, но по отношению и к другим атомам, имеющих s- и р-электроны приблизительно одинаковой энергии.

        10.4. Валентное состояние.