Гибридизация. Прочность гибридных связей. Роль и значение гибридизации, страница 6

          - Имеются две заполненные внутренние АО (1s²) на углероде и кислороде.

          - За счёт перекрывания 2s АО кислорода с диагональной гибридной (2s + 2р) АО углерода образуется сильная s-связь. Плотность заряда концентрируется ближе к кислороду.

          - Взаимодействие двух пар р-электронов углерода и кислорода дают две p-связи.

          Т.о. связь в молекуле СО следует считать тройной. Предпринятые ранее попытки описать строение СО как резонанс трёх структур (С⁺-О^-, С=О, С^-ºО⁺, с приблизительно одинаковыми весами) менее удовлетворительные.

          10.10. Роль и значение гибридизации.

          Представлением о гибридизации удобно пользоваться для описания химических свойств молекул. Так поляризацию молекул можно объяснить смещением плотности заряда при образовании гибридной АО. В методе валентных связей поляризацию 1s АО учитывали изменением атомной волновой функции:

      вместо .

Можно считать, что член  отвечает АО р-типа. Т.о. выражение для волновой функции, учитывающее поляризацию,  соответствует смешению s и р-орбиталей. Затрата энергии на гибридизацию компенсируется за счёт выйгрыша энергии от более сильного перекрывания атомных орбиталей, имеющих направленный характер (по сравнению с перекрыванием невозмущённых 1s-орбиталей). Введение представлений о гибридизации атомных орбиталей позволяет объяснить углы между связями в молекулах. При рассмотрении молекул щелочных металлов Ме₂ мы считали, что при взаимодействии атомов образуются чистые s-связи ((zs)² = (s_A + s_B)²). Однако, по Полингу более удовлетворительный результат получается, если пользоваться гибридной волновой функцией:

          (zs)² = [(s_A + lp_A) + (s_B + lp_B)]².                                                   (10.17)

Здесь l- вклад р-орбитали в смешанную АО. В таблице 10.2 приведены доли р-состояния в связях молекул щелочных металлов. С помощью вариационного метода можно показать, что не может быть чистых s-орбиталей, участвующих в образовании связей. При соответствующих расчётах минимум энергии системы получается при l ¹ 0.

          Таблица 10.2. Доли р-состояния в связях молекул щелочных металлов в процентах (100%l²/(1 + l²)).

          Следует отметить, что гибридизация не представляет собой какое-то реальное явление. Так же как и рассмотренный ранее резонанс различных структур. В то же время представления о гибридизации имеют ряд достоинств. Введение гибридизации позволяет сохранить представления о локализованной МО и полного спаривания электронов, участвующих в связи. Мы получаем ограниченную форму резонанса, которая не включает резонанса альтернативных схем спаривания. Так в молекуле метана каждая связь образуется за счёт спаривания АО водорода с sp³-гибридными АО углерода. С учётом принципа максимального перекрывания соответствующая схема спаривания настолько удачна, что другие полностью исключаются. Теоретически всё же существуют другие схемы спаривания и их резонанс. В принципе, можно вообще не говорить о гибридизации АО, а рассматривать резонанс между всеми возможными схемами спаривания. В этом случае гибридизация проявляет себя как ограниченная форма резонанса. Использование гибридизированных АО накладывает ограничение на независимое изменение вкладов структур и поэтому метод с гибридными АО не является столь же гибким, как резонанс структур в вариационном методе.