Гибридизация орбиталей

С физической точки зрения гибридизация орбиталей обусловлена энергетической выгодностью этого процесса при образовании соответствующих соединений. Схематически гибридизация пояснена на рис. 5.9 s-орбиталь съедает часть отрицательной области р-орбиталей и изменяет форму положительной, одновременно меняется и форма s-орбитали. [c.112]

Рис.6.1. Схема строения кремний-кислородного мостика при различных гибридизациях орбиталей атомов кремния sp (а), sp (б), sp (в) [24]

Однако, как показывают экспериментальные данные, в больщинстве своих соединений углерод четырехвалентен и все четыре связи углерода одинаково прочны и имеют одинаковую ориентацию относительно друг друга угол между связями равен 109°28. Это обстоятельство объясняется гибридизацией орбиталей, происходящей в два этапа. Сначала атом углерода переходит из основного состояния в возбужденное, при котором один из электронов с заполненной 25 -орбитали переходит на [c.38]

Н ое состояние). В процессе взаимодействия атомов с образо ванием кристалла предварительно происходит распаривание Зз -электронов, при этом один из них переходит на вакантную Зр-орбиталь (рис. 36, б). Затем происходит зр -гибридизация, в результате чего все четыре электрона становятся идентичными, обладая одинаковой формой электронного облака. Каждый атом кремния в возбужденном состоянии располагает четырьмя валентными электронами. Сетка валентных связей в кристалле кремния имеет следующий вид атом кремния находится в центре правильного тетраэдра, а валентные связи направлены к его углам. Такой же вид сетки и у германия — другого элементарного полупроводника с идеально ковалентной или гомеополярной (атомной, неполярной) связью. Отличие заключается лишь в том, что теперь гибридизации подвергаются 4з- и 4р-электроны. [c.97]

ВАЛЕНТНЫЙ УГОЛ — угол, образованный двумя направлениями химических связей, исходящими из одного атома. Знание В. у. необходимо для определения геометрии молекул. В, у. зависят как от индивидуальных особенностей присоединённых атомов, так и от гибридизации атомных орбиталей центрального атома. [c.239]

ГИБРИДИЗАЦИЯ Атомных орбиталей выравнивание длин хим. связей и валентных углов при образовании хим. связей валентными s-, р-, d- и т. д. электронами (атомными орбиталями) одного атома. Г. а. о. описывает возбуждённые состояния атома в хим. соединении. [c.453]

Для построения системы эквивалентных гибридных орбиталей применяется спец. аппарат теории групп. Этот метод применим и в тех случаях, когда не все образуемые атомом связи эквивалентны. Недостаток метода — неоднозначность получаемых результатов, поскольку одна и та же пространственная конфигурация связей, как правило, может осуществляться на основе неск. электронных конфигураций и, наоборот, для одной электронной конфигурации возможны разл. расположения связей. В таких случаях выбор гибридизации и конфигурации связей определяется дополнит, факторами (найм, отталкивание присоединённых атомов, прочность образуемых связей и пр.). [c.454]

Если рассмотреть линейные комбинации (гибридные функции) орбитали 2s не со всеми орбиталями 2рх, 2ру и 2р , а только с орбиталями 2рх и 2р , пе затрагивая орбиталь 2pz (sp -гибридизация), то получим три эквивалентные (нормированные) орбитали, локализованные в плоскости ху и направленные к вершинам а, Ь vi с равностороннего треугольника. Подобно равенствам (1П,18), в данном случае будем иметь [c.314]

Типы гибридизации, соответствующие образованию. эквивалентных локализованных орбиталей. [c.314]

Таким образом, теория валентных связей приводит к простому объяснению того факта, что в молекуле НгО в основном состоянии две связи О — Н направлены почти под прямым углом друг к другу. На фиг. 143 показано перекрывание орбиталей для этого случая. Конечно, атом О имеет четыре р-электрона, однако два из них являются спаренными ун в в свободном атоме, так что для образования связей доступны только два электрона ). Этого как раз достаточно для образования двух связей. Тот факт, что в действительности валентный угол несколько больше прямого (а именно 104°27 см. [23], стр. 519), может быть связан с отталкиванием атомов Них — р-гибридизацией в атоме О (см. ниже). Такое же предсказание, как и для молекулы НгО, получится, конечно, и для СНг- Действительно, было най- [c.369]

В предыдущем рассмотрении мы игнорировали гибридизацию, атомных орбиталей. Небольшое смешивание атомных орбита-лей, соответствующих верхним и нижним уровням данного атома, обычно приводит к увеличению энергии связи. При этом [c.90]

Гибридизация. Пространственная структура атомных орбиталей в комбинации с представлением о валентных связях позволяет во многих случаях получить довольно удовлетворительное представление о структуре молекулы и молекулярных орбиталях. СЗднако при образовании химического соединения происходит перестройка электронной оболочки атома и поэтому валентные состояния атома в химическом соединении отличаются от состояния изолированного атома, причем иногда значительно. Например, изолированный атом углерода, имеющий конфигурацию s 2s 2р , двухвалентен. В химических соединениях он выступает как четырехвалентный атом и образует такие соединения, как СН4, I4 и т. д. Это объясняется тем, что энергии 2s- и 2/7-состояний в атоме углерода мало отличаются и при образовании химического соединения образуется суперпозиция этих состояний, содержащая четыре валентных электрона. Это явление называется гибридизацией орбиталей. [c.315]

По рентгеновским и термодинамическим данным, жидкое состояние элементов в нечетных группах Периодической системы элементов и, возможно, в группе IVB (олово имеет очень широкий диапазон существования жидкой фазы) несколько стабилизировано, вероятно, го-меополярной связью, полученной в результате гибридизации орбиталей валентных электронов, предложенных Полингом [48], По предположению Юм-Розери, модель Полинга для металлической связи больше подходит к жидким, чем к твердым металлам, так как атомы [c.45]

Комбинируя результаты, представленные на фиг. 120 и 123, можно построить приближенную диаграмму, показывающую, как меняются энергии орбиталей при изменении величины валентного угла от 180 до 90°. Эта диаграмма приведена на фиг. 125. Такого типа диаграммы впервые были рассмотрены Уолшем [1263а] и теперь часто на.зываются диаграммами Уолша. Корреляция орбиталей правой и левой частей диаграммы, без сомнения, должна проводиться с учетом правил симметрии, данных в табл. 59. Уменьшение энергии орбиталей при переходе от 2ui к 2а и от 1 2 к 10 (при переходе слева направо на диаграмме) связано с увеличением степени гибридизации ). Орбиталь 1 1 — 1яц по существу практически не меняет своей энергии, так как и в нелинейной, и в линейной молекуле XYg она не взаимодействует ни с одной орбиталью, имеющей ге = 2. С другой стороны, орбиталь 3ai — 1я значительно изменяет свою энергию, так как для нелинейной конфигурации существует си.1ьное взаимодействие указанного выше типа. [c.326]

Для неплоской молекулы ХН3 (точечная группа Сз ) корреляция в какой-то мере будет иной, как это видно из фиг. 127, б, поскольку в этом с,1гучае типы симметрии а и aj идентичны и имеют общее обозначение а . Кроме того, отчасти отличается и взаимодействие орбиталей, так как если угол между связями X — Н равен 90°, то гибридизация орбиталей 2рх и 2sx будет отсутствовать и, как следствие, будет отсутствовать сильное отталкивание орбиталей 3ai и 2а . Орбиталь За скорее будет взаимодействовать с орбиталью 4ai, и благодаря этому взаимодействию ее энергия будет уменьшаться. [c.326]

Остановимся еще на одной особенности ковалентной связи. Выше при решении уравнения Шредингера для молекулы водорода мы конструировали волновые функции с помощью линейной комбинации атомных орбиталей, выбирая за стартовые атомные орбитали изолированных атомов. Однако такой прямолинейный подход не всегда оказывается успешным и, например, для молекул и кристаллов, содержащих атомы углерода (а также кремния, германия и т. д.), он не привел к успеху. Так, изолированный атом С имеет электронную конфигурацию (ls) (2s) 2px2py. Естественно было ожидать, что углерод окажется двухвалентным с двумя перпендикулярными связями. Однако четырехвалентность углерода хорошо известна и, вообще говоря, она могла быть объяснена возбуждением при образовании молекул одного из 2з-элект-ронов и его переходом в 2рг состояние. В этом случае можно было ожидать появления трех более сильных и одной более слабой связей. Однако экспериментально было надежно доказано, что у углерода наблюдаются 4 равноправные связи с углами 109°28. Этот результат удалось полностью объяснить тем, что при вхождении атомов углерода в соединение (причем с самыми разными атомами углеродом при образовании алмаза, водородом или хлором при образовании СН4 или U и т. д.) происходит перестройка их электронной структуры так, что одна 25 и три 2р орбитали углерода гибридизуются, происходит sp гибридизация и [c.111]

Изменения степени перекрытия рл-электронных орбиталей атомов в области изгиба может сопровождаться изменением типа гибридизации электронных связей от графитоподобного sp к алмазоподобному spi . Спектр электронных состояний таких атомов углерода будет определяться я-электронами аналогично тому, как это имеет место в алмазе. Степень делокализации соответствующих энергетических уровней может быть достаточно высокой из-за того, что атомы с модифицированной изгибом электронной конфигурацией образуют макроскопически большие области на поверхности кластеров. Электронные свойства этих атомов более подобны алмазу, чем графиту. В частности, их спектр электронных состояний должен содержать уровни, разделенные энергетическим зазором, близким по величине к ширине запрещенной зоны алмаза, как это показано в зонной диаграмме на рис. 5.14 [271]. Так же, как и в случае алмаза, можно ожидать, что дно зоны проводимости (уровень E на рис. 5.14) модифицированного углеродного материала в области изгиба будет расположен достаточно близко к уровню электронов в вакууме Очевидно, что толщина слоя таких атомов, равная [c.210]

Форма М. определяется пространств, расположением атомов в ней, к-рое в свою очередь определяется величинами длин связей и углов между связями (валентных углов). Между кратностью и длиной связи существует корреляция связь между определ. атомами укорачивается с ростом её кратности. Напр., типичные величины длин связей G — G, С СиС = С соответственно равны 1,50, 1,35 и 1,20 A. Длина связи зависит от её хим. окружения в М. Напр., длина связи С — Н в группе —СНз составляет ок. 1,10 A, а в группах =СНа и =GH 1,08 и 1,05 A соответственно. Валентные углы между связями бывают самые разные, причём углы между одними и теми же связями в разл. М. могут быть различными, хотя определ. характеристичность существует и для углов. Напр., угол между связями С—Н в группе —СНз, входящей в разл. М., часто близок к 109°. Если атом С образует четыре связи, то углы между этими связями близки к тетраадрич. углу (109° 30 ). Для качеств, описания формы М., содержащих атом G, важное значение имеет гибридизация атомных орбиталей С (см. Молекулярная, орбиталь), т. е. образование из пары орбиталей внешних -электронов и пары орбиталей р-злектронов четырёх эквивалентных линейных комбинаций, наз. гибридными орбиталями. [c.186]

Прочность связи в карбидах и нитридах между атомами металла и неметалла (межатомные силы взаимодействия) определяется строением s- и d электронных оболочек Для d переходных металлов характерна (по Полингу) гибридизация электронов между d я s орбиталями, т е взаимопереходы электронов с одного уровня на другой Незавершенность строения этих электронных оболо чек способствует тому, что эти металлы восприимчивы к приобретению электронов из других источников Такими источниками — донорами электронов для переходных металлов становятся атомы внедрения углерода и азота, имеющие соответственно четыре или три электрона Эти электроны усиливают гибридизацию и увеличивают связь металл Me—неметалл X Ме — Х В каждом периоде при увеличении атомного номера d переходного металла (слева направо, например, от Ti к Ni) увеличивается заполненность электронных оболочек мета1ла и, следовательно, силы связи или прочность связи Me — X будет уменьшаться [c.58]

При образовании атомом углерода четырех связей в гибридизации участвует одна s- и три р-орбитали (ги дизация sp ). Плотность -орбиталей максимальна вдоль четырех пиний, направленных от атома углерода к вершинам правильного тетраэдра (рис. 4, д, б). На рис. 4, а видно, что плотность гибридизованной орбитали в определенном направлении больше, чем плотность исходных s - и р-орбиталей. [c.39]

Атомы или группы атомов, обогащающие электронами сопряженные системы, называют донорами. Кроме атомов азота (кислорода), входящих в цикл, обогащать сопряженные системы электронами могут ж некоторые группы, замещающие один из атомов водорода исходной молекулы (заместители). В качестве примера рассмотрим аминогруппу NHj Атом азота, как и в ранее разобранных примерах, находится в состоянии 5р -гибридизации. Все три sp -ор али участвуют в образовании ст-связей (с атомами углерода кольца и с двумя атомами водорода). Несвязывающие злектроны находятся на р-ор тали, ось которой, как и в случае пиррола, параллельна осям р-орбиталей, участвующих в сопряжении. Поэтому оба несвязывающих электрона легко поступают в систему сопряженных связей. [c.44]

Электронные структуры элементов, представленные в табл. 2, присущи изолированным шля свободным атомам, у которых орбитали имеют дискретные значения энергии. Однако при сближении атомов элемента значения энергии внешних орбиталей не остаются дискретными, а размываются в определенный интервал энергий, известный под названием энергетической зоны (см. гл. II). Когда атомы какого-либо элемента приводятся в очень тесное соприкосновение, как, например, в кристалле, то энергетические зоны, связанные с различными орбиталями, могут оказаться настолько широкими, что при этом некоторые из них будут перекрываться, в результате чего возможно образование гибридных орбиталей. Например , ns- и ир-орбитали могут в результате гибридизации давать sp-гибридные орбитали, а ns-, пр-и (п — 1) (i-орбитали могут образовывать sjD -гибридные орбитали. Эти гибридные орбитали вносят определенный вклад в силы межатомного взаимодействия в кристалле. [c.19]

Исследования структуры бензольного кольца привели к заключению о том, что если возможны несколько конфигураций ковалентных связей, то путем резонанса между различными конфигурациями может образовываться структура, соответствующая более низкой энергии. Представление о резонансе предполагает возможность существования одно- и трехэлектронных ковалентных связей с энергией, равной половине энергии соответственно единичных и тройных связей. Представление о резонансной связи было применено Полингом [5] к переходным металлам. Он предположил, что электроны п — 1)с -подоболочки распределяются между атомными и связывающими орбиталями. Электроны, находящиеся на. атомных орбиталях, связаны с отдельными атомами и обусловливают магнитные свойства металла. Электроны, расположенные па связывающих орбиталях, образуют ковалентные связи (путем гибридизации с ns- и и/р-орбиталями), которые резонируют между большим числом направлений связи. [c.27]

При переходе от атомных орбиталей к молекулярным орбиталям ) в методе ЛКАО часто оказывается 1см. равенства (111,9) и (111,12)], что молекулярная орбиталь включает линейную комбинацию гибрид) различных атомных орбиталей одного и того же атома. Получение таких линейных комбинаций иногда называют гибридизацией, хотя обычно этот термин сохраняют для соответствующего процесса в теории валентных связей (разд. 3, а). Особенно важны линейные комбинации атомных s- и р-орби-талей с одним и тем же главным квантовым числом (s — э-гибридизация). В ходе образования молекулы из разъединенных атомов (или групп атомов) или из объединенного атома (или молекулы) коэффициенты в этих линейных комбинациях в общем меняются значительно. В свободном атоме такое смешение s- и р-орбиталей отсутствует, так как они имеют различную симметрию. Другими словами, линейные комбинации, или смешение атомных орбиталей, появляются только вследствие понижения симметрии при пере- [c.307]

Четыре эквивалентные локализованные орбитали невозможно получить только из р-орбиталей центрального атома, если потребовать, чтобы эти эквивалентные орбитали были взаимно ортогональны (иначе говоря, линейно независимы). Однако, как было показано Полингом 19691, четыре эквивалентные локализованные орбитали можно получить, если пренебречь разницей в энергиях между 2s- и 2р-орбиталями, так как нри этом условии любая линейная комбинация одной s- и трех р-орбитальных функций будет также представлять собой решение волнового уравнения с тем же самым значением энергии и, кроме того, может быть удовлетворено условие ортогональности. Четыре подходящие взаимно ортогональные орбитали, получающиеся при такой гибридизации s- и р-орбита.пей, будут иметь вид [c.311]

Число эквива- лентных орби- талей Типы симметрии молекулы Типы симметрии орбиталей, используемых для гибридизации [c.314]

Здесь следует уточнить, что является причиной, а что следствием. Если равновесная геометрическая конфигурация ядер задана (принята для данного расчета, взята из эксперимента или определена путем полпого квантовомеханического расчета), то как следствие этого при определении приближенного вида той иди другой молекулярной одноэлектронной орбитали в виде линейной комбинации атомных получаются для каждой принятой конфигурации ядер определенные коэффициенты в этой линейной комбинации перед атомными орбиталями, т. е., говоря на язу,1ке автора, имеет место определенная гибридизация . Геометрия ядер не следствие определенной гибридизации , а, наоборот, определенная гибридизация в рассматриваемом приближенном методе является следствием выбранной конфигурации ядер, для которой ведется расчет. В более общем методе решения, например Хартри — Фока, когда молекулярные орбитали находятся непосредственно как собственные функции операто])а Хартри (или Фока), никакой гибридизации вообще нет.— Прим. ред. [c.325]

Учитывая успех предполонгепия os — р-гибридизации для понимания четырехвалентности углерода ), естественно задаться вопросом, может ди быть успешным введение этого предположения для других атомов. Если, например, ввести полную s — р-гибридизацию для атома азота, то при этом вновь получились бы четыре тетраэдрические орбитали. Однако так как в этом случае имеется пять электронов, то два из них долншы будут заполнить одну из этих четырех орбиталей еще до того, как три атома Н приблизятся к атому азота. Эти два электрона образуют так называемую неподелен-ную электронную пару. Кроме этой пары, будут образовываться еще три новые электронные пары, соответствующие трем N — Н-связям, направленным теперь уже под тетраэдрическим углом друг к другу (109°28 ), а не под углом 90°, получающимся в отсутствие гибридизации. Наблюдаемый угол в молекуле NH3 (106°47 ) лежит между этими двумя крайними значениями. Следует заметить, что различие в энергиях между 2s- и 2р-орбиталями в ато- [c.373]

У атомов В, А1, Оа и др. в их основном состоянии з р должна была бы быть только одна р-валентность. Однако конфигурация хр при гибридизации приводит к трем эквивалентным орбиталям, оси которых расположены в одной плоскости и направлены под углом 120° друг к другу (см. разд. 2, стр. 314). Таким образом можно понять трехвалентность атомов В, А1, Оа и др., а также наблюдаемые плоские конфигурации таких молекул, как ВЕз, ВС1з и т. п. с симметрией точечной группы Х>зд. Плоская симметричная структура далее стабилизируется за счет того, что обменные интегралы между несвязанными электронами имеют для такой конфигурации минимальные значения, а также за счет того, что электроны свободных электронных пар атомов галогенов могут использовать р -орбиталь, не затронутую при яр -гибридизации. [c.374]

Если снова использовать полную гибридизацию с учетом всех трех компонент р-орбиталей, то опять получатся четыре эквивалентные тетраэдрические орбитали, только три из которых будут заполнены так, что позволят образовать три связи с помощью электронных пар. По-видимому, в этом случае преимущества яр -гибридизации по сравнению с вр -гибридизацией не столь велики, и в ряде случаев тетраэдрическое расположение оказывается более выгодным, например в молекуле ИзВСО, в которой два электрона свободной электронной пары СО заполняют четвертую тетраэдрическую орбиталь. Возможно, химическая стабильность молекулы ВгНв в противовес химической нестабильности молекулы ВНз может быть связана с большей [c.375]

Следует заметить, что восемь связывающих электронов в случае тетра- 1дрической конфигурации молекулы СН4 были получены без какого-либо допущения о sp -гибридизации. А так как 2 с-орбиталь приводит в поле с симметрией правильного тетраэдра к образованию орбитали типа aj, а 2pQ-орбиталь — к образованию орбитали типа /2, то эти орбитали не могут встречаться в одних и тех же молекулярных орбиталях по соображениям симметрии. Поскольку эти орбитали атома углерода тех же самых типов симметрии, что и орбитали, получающиеся из ls-орбиталей атомов водорода, то, видимо, возникает особенно сильный резонанс и образуются две [c.406]

Указанная разница в величине к, связана, по-видимому, с направлениями орбиталей неспаренного электрона. В случае графита они направлены от поверхности (рис.5.2,5, центр А)), для Се и 51 — в объем твердого тела (центр Аг). Теоретический анализ, проведенный в предположении сильной связи, показал возможность такой гибридизации. Перевертывание спина (переход А А ) сопровождается разрыхлением электронного облака, уменьшением первого межлшоскост- [c.155]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...