Направленность

Атомные орбитали, участвующие в образовании молекулярной орбитали, имеют различную форму и раз­ную ориентацию в пространстве. Это обусловливает пространст­венную направленность ковалентных связей, образуемых ато­мом, поскольку соединяемые атомы стремятся к максимальному перекрыванию их электронных орбиталей.

Направленность ковалентных связей характеризуется валентными углами (углами между соседними связями). Например, молекулы СН₄, NH₃, H₂O имеют строго определённые значения валентных углов между ковалентными связями. Длина и валентные углы ковалентных связей определяют строение (геометрию) многоатомных молекул и ионов, их пространственную структуру.

Геометрия молекулы — это взаимное пространственное расположение её атомов, которое определяется длинами связей и валентными углами. Геометрия молекулы во многом определяет физические и химические свойства вещества. Представления метода валент­ных связей позволяют объяснить геометрию многих молекул. Например, атомы элементов VIA-группы в основном состоянии име­ют по два неспаренных р-электрона, облака которых вследствие электростати­ческого отталкивания располагаются перпендикулярно друг другу (рис. 6 а).При образовании молекул водородных соединений H₂S, H₂Se и H₂Te две р-орбитали атомов соответствующих элементов перекрываются с s-орбиталями атомов водорода, образуя ковалентные связи, угол между которы­ми близок к 90°. Исключение составляет молекула воды, у которой валентный угол Н–О–Н равен 104,5°(таблица).

Углы между связями в молекулах водородных соединений элементов IV–VIA-групп

Из рис. 6 бвидно, что близки к 90° и углы в молекулах водородных соединений элементов VA-группы (РН₃, AsH₃, SbH₃), что хорошо согласуется с взаимным расположением трёх р-орбиталей, на которых находятся по одному неспаренному электрону. Исключением в этой под­группе является молекула аммиака, у которой валентные углы

H – N – H равны 107,78° (табл. 1).

Рис. 6. Схема перекрывания электронных облаков в молекулах

соединений водорода с серой, селеном, теллуром (а), с фосфором,

мышьяком и сурьмой (б): пунктирными линиями изображены

атомные ns- и пр- орбитали,на которых нахо­дятся несвязывающие

электронные пары

Труднее объяснить с позиций метода валентных связей гео­метрию молекул, образуемых водородом с элементами IVA – груп­пы. Атомы этих элементов в возбуждённом состоянии име­ют по четыре неспаренных электрона: один на s-орбитали и три на р-орбиталях. При образовании гидридов СН₄, SiH₄, GeH₄, SnH₄ возникают четыре ковалентные связи. Три из них образованы за счёт перекрывания р- облаков атомов элементов четвёртой группы и s -облаков атомов водорода. Эти ковалентные связи должны иметь равную длину и энергию и располагаться под углом 90° друг к другу. Образование четвертой связи могло осуществиться за счёт перекрывания s -облаков атомов углерода и водорода, и она должна отличаться от других ковалентных связей по длине и энергии и располагаться по отношению к любой из них под углом около 125°. Однако установлено, что молекулы гидридов элементов IVA – группы имеют форму тетраэдра с углами между связями, равными 109,5°, и при этом все ковалентные связи рав­ноценны по длине и энергии.

Таким образом, структуру молекул гидридов элементов IVA-группы (воды, аммиака и многих дру­гих молекул) невозможно объяснить с позиций только положе­ний метода валентных связей.

Для объяснения пространственного строения молекул или сложных ионов с учётом направленности ковалентных связей Л. Полинг предложил концепцию гибридизации атомных орбиталей.

Поиск по сайту: