Теоретические представления в органической химии
Ковалентная связь
Ковалентной связью называется химическая связь, осуществляемая за счет одной или нескольких электронных пар, сильно взаимодействующих с ядрами обоих связываемых атомов. Если связаны два одинаковых атома, то пара электронов в одинаковой степени принадлежит обоим атомам (неполярная ковалентная связь).
Атомы разных элементов, обладая неодинаковой электроотрицательностью, образуют полярную ковалентную связь, в которой обобществленная электронная пара смещена в сторону более электроотрицательного атома. Такая связь является промежуточным случаем между неполярной ковалентной связью и ионной связью.
При образовании ковалентной связи происходит слияние атомных орбиталей и образование молекулярных электронных орбиталей, электроны которых принадлежат обоим ядрам связываемых атомов а электронная плотность локализована в межядерном пространстве. В зависимости от характера распределения электронной плотности в молекуле различают s- и p-молекулярные орбитали.
Молекулярная орбиталь (МО), в которой максимум электронной плотности располагается на прямой, соединяющей ядра атомов, называется s-МО. Такие орбитали возникают при слиянии s-s- и s-p-, p-p-орбиталей а также гибридных орбиталей.
Молекулярная орбиталь, возникающая в результате бокового перекрывания p-орбиталей взаимодействующих атомов так, что ее максимальная электронная плотность сосредоточена вне прямой, соединяющей ядра атомов, называется p-МО.
Ковалентные связи, движение общих электронных пар которых описывается s- и p-молекулярными орбиталями, называются соответственно σ- и π-связями. σ-Связи прочнее, чем π-связи, так как электронная пара в них находится ближе к ядрам атомов и сильнее взаимодействует с ними.
Любая химическая связь характеризуется длиной и энергией.
Льюис предложил представлять атом в виде "остова" и внешних электронов; остов состоит из ядра и внутренних электронов и в ходе химических превращений остается без изменений. В химических реакциях участвуют внешние (валентные) электроны. Стабильной считается комбинация из восьми электронов. Исключение составляет водород – в нем два электрона.
Кратность ковалентной связи характеризуется количеством электронных пар между соединяемыми атомами. С увеличением кратности связи уменьшается ее длина и повышается суммарная прочность.
Как видно, Es > Ep
Насыщаемость
Каждый атом может образовать по обменному механизму такое количество связей, сколько неспаренных электронов он имеет на валентном уровне.
Направленность
Атомные орбитали имеют разную форму и различную ориентацию в пространстве. При образовании ковалентной связи может происходить гибридизация атомных орбиталей.
Гибридизацией называется гипотетический процесс смешения различного типа, но близких по энергии атомных орбиталей атома с образованием того же числа новых (гибридных) орбиталей, одинаковых по форме и энергии.
В органических молекулах наблюдается гибридизация трех видов: sp3, sp2, sp.
Идея гибридизации атомных орбиталей позволяет наглядно объяснить структуру молекулы путем комбинации атомных орбиталей.
Полярность
Полярная ковалентная связь образуется между атомами разных элементов, отличающихся электроотрицательностью. Электронная плотность оказывается смещенной к более электроотрицательному элементу. Такие молекулы называются диполями. В двухатомных молекулах величина дипольного момента связи является мерой полярности молекул в целом. Для много атомных молекул дипольный момент равен векторной сумме дипольных моментов отдельных связей.
mHCl = 1,0D , mH2O = 1,86D
Поляризуемость
Наряду с полярностью, ковалентная связь обладает способностью поляризоваться под влиянием внешних электромагнитных полей, что выражается в изменении ее дипольного момента и может быть причиной электролитической диссоциации. В качестве внешнего поля может выступать поле соседней молекулы или иона. Поляризуемость молекулы зависит от подвижности общей электронной пары и связана с поляризуемостью образующих ее атомов. Чем больше размер частицы и чем большим количеством электронов она обладает, тем выше поляризуемость (mHF = 1,5Д; mHJ = 0,4Д, но при этом в воде HJ диссоциирует легче, чем HF).
Механизмы возникновения ковалентной связи
Известно два механизма: обменный и донорно-акцепторный.
При обменном механизме в образовании связи оба атома поставляют на молекулярную орбиталь один электрон и одну атомную орбиталь.
При донорно-акцепторном механизме один атом поставляет пару электронов на заселенной атомной орбитали другому атому, который поставляет свободную атомную орбиталь.
Близкими по характеру к донорно-акцепторным связям находятся связи в координационных соединениях. Однако они менее прочны, т.к. электроны передаются не полностью. Такие связи называют семиполярными.
В органической химии большое значение играют соединения с семиполярной связью, где в качестве доноров электронов выступают заполненные p-орбитали.
|
|
||
|
|
|
|
Упражнения к теме "Теоретические представления в органической химии"
