Гибридизация АО и форма многоатомных частиц
Чем полнее в пространстве перекрываются друг с другом электронные облака, участвующие в химической связи, тем меньшим запасом энергии обладают электроны, находящиеся в области перекрывания и осуществляющие связь, и тем прочнее химическая связь между этими атомами.
АО может изменить свою форму при комбинации с другими атомными орбиталями другой симметрии этого же атома. В результате комбинаций различных орбиталей (s-; р-, d- и т.д.) возникают новые АО промежуточной формы, которые называются гибридными. Перестройка различных АО в новые орбитали, усредненные по форме, называются гибридизацией (число атомных орбиталей, несмотря на их видоизменение, сохраняется).
Гибридизация осуществляется при возбуждении атома, т.е. требует затрат энергии. Поэтому, гибридные АО образуются только тогда, когда их перекрывание с АО другого атома будет более полным.
Первое условие устойчивости гибридизации: по сравнению с исходными атомными орбиталями гибридная АО должна более полно перекрываться орбиталью соседнего атома при образовании связи.
Второе условие: в гибридизации могут участвовать АО, которым соответствуют близкие энергетические уровни. Следовательно, в гибридизации могут участвовать s- и р-орбитали только одного – внешнего уровня и d-орбитали внешнего или предвнешнего уровня.
Третье условие устойчивой гибридизации: в гибридизации могут участвовать АО с достаточно высокой электронной плотностью. При удалении атомных орбиталей от ядра с ростом главного квантового числа n они становятся более диффузными (расплывчатыми). Поэтому более устойчивая гибридизация осуществляется в атомах элементов, расположенных в начальных периодах.
Электроны, участвующие в образовании p-связей, гибридизации не подвергаются. Гибридизации подвергаются только центральные атомы орбитали. Неподеленные электронные пары подвергаются гибридизации.
Основные типы гибридизации:
sp-Гибридизация - из двух АО образуются две равноценные гибридные орбитали, возникает за счет электронов, находящихся в s- и p-орбиталях и обладающих близкой энергией. Молекула имеет линейное строение, получающиеся гибридные sp-орбитали расположены на одной прямой линии под углом 180°. Например, при образовании молекулы BeH2: 4Be* 1s22s12p1.
sp2-Гибридизация - из трех АО образуются три одинаковые гибридные орбитали, комбинируясь друг с другом. Молекула имеет форму плоского треугольника, получающиеся гибридные sp2-орбитали расположены под углом 120°. Например, при образовании молекулы ВН3:
5B* 1s22s12p2.
sp3-Гибридизация - из четырех гибридных орбиталей одного атома образуются четыре эквивалентные sp3-орбитали. Молекула имеет форму тетраэдра, получающиеся гибридные sp3-орбитали расположены под углом 109° к вершинам тетраэдра. Например, при образовании молекулы СН4: 6С* 1s22s22p3.
spd2-Гибридизация - образование тетраэдрических частиц (TiCI4, MnO4-, CrO42-) с углами между связями 109°, образованных с участием либо одного s- и трех d-электронов, либо одного s-, одного р- и двух d-электронов.
sp2d-Гибридизация – участие в гибридизации р- и d-орбиталей, расположенных в одной плоскости приводит к образованию четырех гибридных АО, направленных под прямым углом друг к другу. Четыре эквивалентные связи, направленные в одной плоскости к вершинам квадрата, образуют, например, никель в [Ni(CN)4]2-.
sp3d2-Гибридизация - образование восьмигранника (октаэдра) (SF6, [Al(OH)6]3-), образованных с участием одной s-, трех р- и двух d-орбиталей одного уровня или у d-элементов четвертого периода (Cr, Mn, Fe) в [Fe(CN)6]3- октаэдрические орбитали образуются из 3d-, 4s-, 4p-орбиталей под углом 90° относительно друг друга.
Геометрическая конфигурация молекул определяется в основном пространственной направленностью s-связей. Симметрия молекулы - следствие симметрии направленности s-связей.