Метод молекулярных орбиталей. Более перспективной и универсальной для объяснения строения молекул многих соединений оказалась другая квантово-механическая теория

Более перспективной и универсальной для объяснения строения молекул многих соединений оказалась другая квантово-механическая теория, которая получила название метода молекулярных орбиталей (метод МО). Этот метод, как и метод валентных связей (метод ВС) является приближенным.

Для молекул, к которым применим метод ВС, а метод МО дает аналогичные результаты, обычно применяют метод ВС, так как он более нагляден.

Метод МО является более общим по сравнению с методом ВС; он менее нагляден, но позволяет описывать строение и свойства молекул тех соединений, которые не могут быть описаны по методу ВС.

Основные положения метода молекулярных орбиталей:

1. Молекула рассматривается как единое целое, состоящее из ядер атомов и электронов.

2. Подобно тому, как в атомах электроны располагаются на атомных орбиталях, в молекулах электроны заселяют электронные орбитали, которые в отличие от атомных являются многоцентровыми и охватывают ядра всех атомов.

3. Молекулярные орбитали рассматриваются как линейные комбинации атомных орбиталей (ЛКАО – по первым буквам), при этом из N атомных орбиталей образуются N молекулярных.

4. Для образования молекулярных орбиталей должны соблюдаться по крайней мере два условия:

а) энергии электронов комбинируемых атомных орбиталей должны очень мало отличаться по энергии;

б) атомные орбитали должны иметь одинаковую симметрию относительно линии связи, обусловленную неизменяемостью знака волновой функции при повороте орбитали на 180°. Так, орбитали s и p_x имеют одинаковую симметрию, а орбитали s и p_z – разную, так как при повороте орбитали p_z на 180° знаки волновой функции изменяются на противоположные:

5. Молекулярные орбитали бываю трех типов: связывающие, разрыхляющие и несвязывающие и неразрыхляющие.

Связывающие МО имеют максимум электронной плотности в межъядерном пространстве, что и обеспечивает образование химической связи, тогда как у разрыхляющих максимум электронной плотности находится за пределами этого пространства. Энергия электронов на связывающих МО меньше, а на разрыхляющих МО больше энергии электронов на исходных атомных орбиталях. Электроны на разрыхляющих МО не способствуют, а препятствуют образованию связи, разрыхляют, ослабляют ее.

Несвязывающая и неразрыхляющая М О – это по существу атомные орбитали, которые не могут образовать МО вследствие большой разницы в энергиях электронов на исходных атомных орбиталях или разной симметрии последних. Электроны на этих МО не способствуют и не препятствуют образованию химической связи.

6. Кратность связи в методе МО определяется как полуразность числа электронов на связывающих и на разрыхляющих МО, при этом электроны на несвязывающих и неразрыхляющих МО не учитываются. При равенстве числа электронов на связывающих и на разрыхляющих МО кратность связи равна нулю и связь не образуется.

7. Задача описания молекул по методу МО сводится к определению числа и типов МО, их расположению по энергиям и выяснению характера распределения электронов по МО, т.е. к решению тех же задач, что и при рассмотрении электронных структур атомов. При этом как и для электронов в атомах должны соблюдаться принцип наименьшей энергии, принцип Паули и правило Хунда.

Поиск по сайту: