Типы гибридизации атомов орбиталей

В таблицы 17 и на рисунках 17 и18 приведены наиболее распространенные типы гибридизации атомных орбиталей.

Рис. 18. Геометрическая модель структуры с гибридными орбиталями:

а — 5р ² с/-гибридизация (плоский квадрат); б — 5р ³ сУ-гибридизация

(тригональная билирамида); в — 5р ³ сР-гибридизация (октаэдр)

Гибридные орбитали располагаются в пространстве на мак­симальном удалении друг от друга. Например, в молекуле ВеСI₂ («р-гибридизация орбиталей атома бериллия), образуют­ся две гибридные орбитали, располагающиеся под углом 180°. Максимум электронной плотности располагается в большей половине гантели. Поэтому именно в этой области происходит перекрывание с орбиталями атомов хлора. Соединив отрезка­ми ядра атомов бериллия и хлора, получаем валентный угол, равный 180° (рис. 19). В молекуле BCI₃ (sp ² - ги б ридизация ор­биталей атома бора) оси гибридных орбиталей лежат в одной плоскости, угол между ними составляет 120° (см. рис. 19).

· Помимо теории гибридизации Полинга существует и дру­гая, объясняющая пространственное строение молекул те­ория. Это предложенная Дж. Гиллеспи теория отталки­вания валентных электронных пар (ОВЭП).

· Основные положения теории:

· пространственное строение молекул определяется об­щим количеством валентных электронных пар у централь­ного атома;

· валентными электронными парами являются электрон­ные пары 0-связей и неподеленные электронные пары;

· валентные электронные пары располагаются в про­странстве на максимальном удалении друг от друга.

Нетрудно показать, что 2 пары должны располагаться на одной прямой иод углом 180°; 3 пары — в одной плоскости под углами 120°; 4 пары — к вершинам тетраэдра под углами 109°28'; 6 пар — к вершинам октаэдра под углами 90°.

Сопоставление с таблицей 17 показывает, что первый случай (2 пары) совпадает с яр гибридизацией, второй случай (3 пары) с а/?²-гибридизацией, третий случай (4 пары) с $р³~гибридизацией и четвертый случай (6 пар) — с s гибридизацией. Таким образом, теория Гиллеспи приводит к тем же выводам, что и теория гибридизации Полинга.

Однако Полинг полагал, что в гибридизации могут при­нимать участие только обобществленные электронные пары. Гиллеспи же считал, что на пространственную структуру мо­лекул влияют и неподеленные электронные пары. Суммируя экспериментальные факты, Гиллеспи сформулировал несколь­ко правил, позволяющих предсказать геометрию молекулы:

• геометрия молекулы определяется отталкиванием элек­тронных пар в валентной оболочке центрального атома;
• наибольшее место в пространстве занимает неподелен- ная пара;

• кратная связь подобна неподеленной паре, но большего объема;
• размер связывающей электронной пары среди элементов одной подгруппы уменьшается с ростом электроотрицатель­ности атома.

Применим теорию Гиллеспи для объяснения пространст­венного строения молекулы воды.

Структурная формула молекулы Н—О—Н. Центральный атом — кислород имеет 2 неподеленные электронные пары и 2 обобществленные электронные пары a-связей. Эти пары располагаются под углами 109°28' (8р³-гибридизация), т.е. молекула воды имеет структуру тетраэдра, в центре которого находится атом кислорода. Две гибридные орбитали пере­крываются с орбиталями атомов водорода, две другие верши­ны занимают неподеленные электронные пары. Валентный угол должен быть близок к 109°28', однако неподеленные электронные пары сильнее отталкивают от себя электронные пары о-связей, чем эти последние отталкиваются друг от дру­га. Этим объясняется уменьшение валентного угла в молеку­ле воды по сравнению с тетраэдрическим (104,5°).