Электронная схема азота

Российский химико-технологический университет им. Менделеева Факультет естественных наук 7. Метод валентных связей; гибридизация волновых функций электронов Основные положения метода валентных связей 1. Ковалентную химическую связь образуют два электрона с противоположными электронная схема азота, принадлежащие двум атомам. Механизм образования ковалентной связи за счёт электронной пары одного атома донора и другого атома акцепторапредоставляющего для этой пары свободную орбиталь, называется донорно-акцепторным. Рассмотрим в качестве примера механизм образования иона аммония NH 4 +. В молекуле NH 3 три поделённые электронные пары образуют три связи N - H, четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может дать связь с ионом водорода, в результате получается ион аммония NH 4 +: Таким образом, ион NH 4 + имеет четыре ковалентных связи, причем все четыре связи N -H равноценны, электронная схема азота есть электронная плотность равномерно распределена между ними. При электронная схема азота ковалентной химической связи происходит перекрывание волновых функций электронов электронных орбиталейпри этом связь будет тем прочнее, чем больше это перекрывание. Ковалентная химическая связь располагается в том направлении, в котором возможность перекрывания волновых функций электронов, образующих связь будет наибольшей. Валентность атома в нормальном невозбужденном состоянии определяется: числом неспаренных электронов, участвующих в образовании общих электронных пар с электронами других атомов; наличием донорной способности за счёт одной неподелённой электронной пары. В возбужденном состоянии валентность атома определяется: числом неспаренных электронов; числом вакантных орбиталей, способных акцептировать электронные пары доноров. Таким образом, валентность выражается небольшими целыми числами и не имеет знака. Мерой валентности является число химических связей, которыми данный атом соединён с другими. К валентным относятся прежде всего электроны внешних уровней, но для элементов побочных подгрупп к ним относятся и электроны предпоследних предвнешних уровней. Атом бора в электронная схема азота состоянии одновалентен. Атом бора в возбужденном состоянии имеет три неспаренных электрона и может образовывать соединения, где он будет трёхвалентен. Энергия, затраченная на переход атома в возбуждённое состояние в пределах одного энергетического уровня, как правило, с избытком компенсируется энергией, выделяющейся при образовании дополнительных связей. Благодаря наличию в атоме бора свободной орбитали бор — один из сильнейших акцепторов неподелённых электронных пар. Представим схему распределения электронов в атоме азота: Поскольку азот имеет три неспаренных электрона, его валентность равна трём. Переход атома азота в возбужденное электронная схема азота невозможен, поскольку второй энергетический слой не содержит d-орбитали. Атом азота может предоставить неподелённую электронную пару внешних электронов атому, имеющему свободную орбиталь электронная схема азота. Например, в ионе аммония электронная схема азота четырехвалентен см. Схемы перекрывания атомных орбиталей при образовании связей в молекулах H 2O, NH 3, CH 4 Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода. Два неспаренных р-электрона атома кислорода занимают две орбитали, которые располагаются под углом 90 o друг к другу. При образовании молекулы воды орбиталь каждого р-электрона перекрывается орбиталью s — электрона атома водорода электронная схема азота. Схема перекрывания электронных орбиталей при образовании химических связей в молекуле воды Угол между связями должен быть близок к углу между облаками р-электронов, т. Экспериментально найдено, что угол между связями в молекуле воды равен 104,5 о. Это связано с тем, что электроны сильнее оттянуты к атому кислорода, поскольку связь О—Н является полярной ковалентной связью. Таким образом, происходит отталкивание положительных зарядов, возникающих у атомов водорода, что приводит к увеличению угла между связями. В образовании молекулы аммиака участвуют три неспаренных р-электрона атома азота, орбитали которых расположены в трёх взаимно перпендикулярных направлениях и s -электроны трёх атомов водорода рис. Схема перекрывания электронных орбиталей при образовании химических связей в молекуле аммиака Три связи N—H в молекуле аммиака должны располагаться под углами друг к другу, близкими к 90 о. Экспериментально найдено, электронная схема азота угол между связями в молекуле аммиака равен 107,3 о, это обусловлено той же причиной, что и в случае молекулы воды. Кроме того, мы не учитываем участие 2s -электронов в образовании химических электронная схема азота. При образовании молекулы метана атом углерода переходит в возбужденное состояние, то есть имеет три неспаренных р-электрона и один s-электрон. Рассуждая так же, как и в предыдущих случаях, можно предположить, что атом углерода будет образовывать три связи, направленные под углом 90 o друг к электронная схема азота и связь, направленную произвольно, поскольку она образована s-электроном, а s -электрон имеет сферическую симметрию. Поскольку р-орбитали более вытянуты от ядра, s-орбиталь, они сильнее перекрываются с орбиталями других атомов, а, значит, связи, образованные р-электронами должны быть электронная схема азота прочными. Но из эксперимента известно, что все связи в молекуле метана равноценны и направлены к вершинам тетраэдра угол между связями равен 109,5 о. Это явление объясняется представлением о гибридизации волновых функций, введённым Полингом и Слейтером. Гибридизация валентных орбиталей — это выравнивание их по форме и энергии. Представление о гибридизации используется в том случае, когда в образовании связей в молекуле участвуют электроны, принадлежащие к различным типам орбиталей. Гибридная орбиталь асимметрична и сильно вытянута по одну сторону от ядра. Рассмотрим электронное строение молекулы метана, но уже с позиций метода гибридизации. Четыре неспаренных электрона атома углерода взаимодействуют между собой в ходе образования химической связи с электронами другого электронная схема азота, давая четыре новых равноценных гибридных облака. Такая гибридизация называется sp 3 -гибридизацией. Четыре совершенно одинаковые sp 3 -гибридные орбитали атома углерода расположены под углом 109,5 о друг к другу и направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого расположен атом углерода рис. Схема образования химических связей в молекуле метана Возникает вопрос — можно ли с позиций гибридизации орбиталей объяснить образование химической связь между атомами в молекулах H 2 O и NH 3? Направленность связей в этих молекулах можно объяснить с использованием понятия гибридизации. Такой подход является даже более точным, чем изложенный ранее. Это обусловлено тем, что гибридная орбиталь сильно вытянута в одну сторону от ядра, и перекрывание гибридных орбиталей с электронными орбиталями других атомов является более сильным, чем перекрывание орбиталей s - и р-электронов, что приводит к образованию более прочной связи, а, значит, и более устойчивых молекул. Прежде чем перейти к рассмотрению структуры молекул H 2O и NH 3 с использованием модели гибридизации, составим алгоритм определения геометрии молекулы этим методом: необходимо определить наличие неподелённых электронных пар или неспаренных электронов у центральных атомов по положению в периодической системе ; следует найти число гибридных орбиталей, которое равно сумме числа s -связей и числа неподелённых электронных пар центрального атома; необходимо установить тип гибридизации орбиталей: Число гибридных орбиталей Тип гибридизации Геометрия молекулы Валентный угол 2 sp линейная 180 о 3 sp 2 плоская 120 о 4 sp 3 тетраэдрическая 109,5 о Возможны и другие типы гибридизации волновых функций электронов, например, гибридизация с участием d -орбиталей. Образование химической связи в молекулах H 2 O и NH 3 также можно объяснить с позиций sp 3 -гибридизации атомных орбиталей кислорода и азота рис. Схема образования химических связей в молекулах H электронная схема азота O и NH 3 В то время как у атома углерода все четыре гибридные орбитали заняты связывающими электронными парами рис. Значит, отталкивающее действие неподелённых электронных пар влияет на электронная схема азота углы — при переходе от молекул метана к молекулам аммиака и воды валентный угол уменьшается. Кратные связи -Связь — химическая связь, образованная в результате перекрывания электронных орбиталей вдоль линии, соединяющей ядра атомов. Метод наложения валентных схем. Делокализованная -связь Рассмотрим метод наложения валентных схем на примере азидоводорода Электронная схема азота 3. В молекуле HN 3 атомы азота связаны друг с другом, электронная схема азота с водородом соединён один из них. Электронная схема азота атом азота может быть трёхвалентным за счет неспаренных электронов, но в обоих случаях в молекуле остаются два неспаренных электрона, что делает электронная схема азота маловероятными. Электронная схема азота реальной молекуле имеет место промежуточное распределение электронной плотности по сравнению с распределением, представленным с помощью валентных схем. Метод наложения валентных электронная схема азота используется тогда, когда определенные экспериментально свойства молекул плохо согласуются с любой из возможных валентных схем. Экспериментально найденные электронная схема азота длин связей могут быть промежуточными между длинами одинарной и двойной или тройной и двойной связи. Примеры решения электронная схема азота Задача 1. Любая одинарная связь в молекуле соединения является s -связью. Любая кратная связь содержит одну -связь и одну или две -связи. Изобразить схему перекрывания орбиталей при образовании связей в молекуле ацетилена, используя представление о гибридизации орбиталей. В молекуле ацетилена Н—С ºС—Н каждый атом углерода находится в sp-гибридном состоянии. Две sp-гибридные орбитали расположены под углом 180 о друг к другу; они электронная схема азота одну -связь электронная схема азота атомами углерода и две -связи С—Н: Но каждый из атомов углерода в молекуле ацетилена имеет еще по два р-электрона, не принимающих участия в образовании -связи. Таким образом, в молекуле ацетилена образуются еще две связи С—С за счет бокового перекрывания негибридных р-облаков, которые называются -связями. Итак в молекуле ацетилена между атомами углерода существует тройная связь, которая состоит из одной -связи и двух -связей, причем -связи являются более прочными, чем -связи рис. Перекрывание орбиталей при образовании молекулы ацетилена Задача 3. Изобразить валентные схемы для следующих электронная схема азота ионов: 1 NO 2, 2 N 2O, 3 HNO 3, 4 O 3, 5 SO 2, 6 CO 3 2- 7 NO 2. Решение: 1 2 3 электронная схема азота 5 Валентная схема I построена с учетом вклада d — состояния, валентные схемы II — c учетом только s - и р-электронов атомов серы. Чему равна кратность связи в молекуле СО? Невозбужденный атом углерода имеет два неспаренных р-электрона, которые могут образовать две связи с двумя неспаренными электронная схема азота атома кислорода. Третья связь образуется по донорно-акцепторному механизму: атом кислорода предоставляет неподелённую электронную пару внешних электронов невозбуждённому атому углерода, имеющему свободную орбиталь. Определите число - и -связей в молекулах CH 3C ООH, C О 2 и HCN. В молекуле CH 3C ООH семь -связей и одна -связь. B молекуле Н—С º N две -связи и две -связи. Установите тип гибридизации атомов углерода в молекулах углекислого газа и этилена. В молекуле СО 2 атом углерода находится электронная схема азота sp-гибридном состоянии. В молекуле этилена каждый атом углерода находится в sp 2 -гибридном состоянии. Изобразите валентные схемы для иона NO 3. Определить число связей в ионе NH 4 +, образованных по донорно-акцепторному механизму. Расположите данные вещества в порядке увеличения количества сигма-связей: 1 изобутан; 2 этан; электронная схема азота метан; 4 этанол; 5 этен; 6 пропан. Расположите данные вещества в порядке увеличения количества пи-связей: электронная схема азота бензол; 2 этилен; 3 бутадиен-1,3.



COPYRIGHT © 2010-2016 doorskazan.ru