Гибридизация. Прочность гибридных связей. Роль и значение гибридизации, страница 5

0.987p + 0.064s + 0.15d,                                                                     (10.12)

что даёт следующие веса: 3р - 0.974, 3s - 0.004 и 3d - 0.022. Связь сохраняет р-характер, но небольшая примесь d-состояния уменьшает напряжение.

          10.8. Дипольные моменты. Атомный диполь.

        Отличительной особенностью гибридных АО по отношению к составляющим их компонентам s-, p- ... орбиталей является отсутствие центра симметрии. Центр тяжести находится на каком-то расстоянии от ядра. Для орбитали

                                                                                                  (10.13)

.                                                     (10.14)

Величины _s и  _р (средние значения координат для АО s- и р_x-типа) равны нулю.

                                                               (10.15)

        Для чистых s- и p-состояний при l = 0 или ¥  ® 0. Однако для гибридов может быть велико. Так для диагональной sp-гибридной АО при l = 1 для атома углерода = 0.89 r_о. Такая асимметрия заряда, возникающая при подготовке атома углерода к образованию связи, позволяет ввести понятие атомного диполя:

.                                                                                              (10.16)

          В случае углерода вклад каждого электрона в атомный дипольный момент может достигать 2.2 D. В молекуле метана четыре связи дают результирующий момент равный нулю, но дипольный момент пары электронов, ответственных за каждую связь С-Н, отличен от нуля. При этом водород приобретает отрицательный, а углерод положительный заряды. Этот вывод находится  в противоречии со значениями электроотрицательностей атомов углерода и водорода (х_С = 2.5 и х_Н = 2.1). В действительности непосредственно доступно измерение лишь полного дипольного момента молекулы. Разделение полного момента на составляющие производится для удобства анализа и детального описания свойств молекулы. Независимо от метода расчёта (по методу валентных связей или молекулярных орбиталей) в случаях, когда связь является результатом полного спаривания двух АО соседних атомов, эти АО почти всегда будут гибридными. Степень гибридизации такова, что каждая отдельная связь лишь слегка полярна. Результирующий дипольный момент молекулы почти полностью обусловлен неподелёнными электронами.

          10.9. Структура СО и СО₂.

          Рассмотрим структуру связи молекулы СО. Какова кратность связи? Почему мал дипольный момент (0.1 D). Почему полярность молекулы С^- О⁺? Хотя электроотрицательность кислорода (х_О = 3.5) больше, чем углерода (х_С = 2.5). Но начнём с молекулы СО₂. Известно, что эта молекула линейна. Атомные орбитали валентных электронов углерода должны быть гибридизированы приблизительно как в молекуле ацетилена. Гибридные АО образуются из 2s- и 2р-состояний (s ± p_x). Эти АО перекрываются с 2р_х АО атома кислорода (возможно, содержащими небольшую примесь 2s-состояния) с образованием двух локализованных s-связей. После этого у атома углерода остаются два р-электрона (р_y и р_z), а у атомов кислорода по два электрона на заполненных 2s-оболочках и по три на р_y- или р_z-оболочках. Неспаренные электроны дают по одной p-связи на каждый атом кислорода. При этом р_y-электрон углерода спаривается с р_y-электроном одного атома кислорода, а р_z-электрон углерода с р_z-электроном другого атома кислорода. Естественно, электроны р_y и р_z можно поменять местами.

          Переходя к молекуле СО следует отметить, что длины связи С-О в молекулах СО и СО₂ практически одинаковы. Кроме того, результирующий заряд на кислороде в обоих случаях одинаков. Основываясь на сказанном выше, про молекулу СО можно сказать следующее: