Глава 5. Резюме (Summary)

5.1 Метод валентных связей

Метод валентных связей описывает химическую связь как результат перекрывания двух отдельных атомных орбиталей разных атомов, в результате которого возникает область, где обобществляется одна пара электронов. Если орбитали перекрываются вдоль оси, соединяющей ядра, образуется \(\sigma\)-связь. Если же перекрывание происходит так, что вдоль этой оси возникает узел, образуется \(\pi\)-связь. По дипольным моментам можно судить о частичном разделении зарядов между атомами.

5.2 Гибридные атомные орбитали

Для описания распределения электронной плотности вокруг ковалентно связанных атомов удобно использовать гибридные орбитали — математические комбинации части или всех валентных атомных орбиталей. Эти гибридные орбитали либо образуют \(\sigma\)-связи, направленные к другим атомам молекулы, либо содержат неподелённые пары электронов. Тип гибридизации центрального атома определяется по геометрии расположения областей электронной плотности вокруг него. Две такие области соответствуют \(sp\)-гибридизации; три — \(sp^2\); четыре — \(sp^3\); пять — \(sp^3d\); шесть — \(sp^3d^2\). \(\pi\)-связи образуются из негибридизованных атомных орбиталей (\(p\)- или \(d\)-орбиталей).

5.3 Кратные связи

Кратные связи состоят из \(\sigma\)-связи, расположенной вдоль оси между двумя атомами, и одной или двух \(\pi\)-связей. \(\sigma\)-связи обычно образуются перекрыванием гибридизованных атомных орбиталей, тогда как \(\pi\)-связи — боковым перекрыванием негибридизованных орбиталей. Резонанс возникает, когда несколько негибридизованных орбиталей имеют надлежащую ориентацию для перекрывания, и расположение \(\pi\)-связей может меняться.

5.4 Метод молекулярных орбиталей

Метод молекулярных орбиталей (МО) описывает поведение электронов в молекуле как комбинации атомных волновых функций. Полученные молекулярные орбитали могут охватывать все атомы молекулы. Связывающие молекулярные орбитали образуются синфазными комбинациями атомных волновых функций; электроны на этих орбиталях стабилизируют молекулу. Разрыхляющие молекулярные орбитали образуются противофазными комбинациями; электроны на них делают молекулу менее устойчивой. Молекулярные орбитали, расположенные вдоль межъядерной оси, называют \(\sigma\)-МО. Они могут образовываться из \(s\)-орбиталей или из \(p\)-орбиталей, ориентированных «торцами друг к другу». Молекулярные орбитали, образующиеся из \(p\)-орбиталей, ориентированных «бок о бок», имеют электронную плотность по обеим сторонам межъядерной оси и называются \(\pi\)-орбиталями.

Электронное строение двухатомных молекул можно описать, применяя метод молекулярных орбиталей к валентным электронам атомов. Электроны заполняют молекулярные орбитали по тем же правилам, что и атомные: правило Хунда и принцип заполнения требуют, чтобы сначала заполнялись орбитали с меньшей энергией, чтобы электроны как можно дольше оставались неспаренными и чтобы на каждой орбитали находилось не более двух электронов с противоположными спинами. Вещества с неспаренными электронами парамагнитны и притягиваются к магнитному полю, а вещества со всеми спаренными электронами диамагнитны и отталкиваются от него. Правильное предсказание магнитных свойств молекул — преимущество метода молекулярных орбиталей перед структурами Льюиса и методом валентных связей.