Глава 3. Химическая связь

Модель 3.4.  Гибридизация орбиталей

В этой модели вы можете наблюдать процесс гибридизации атомных орбиталей. В случае, когда атом устанавливает с другим атомом химическую связь, форма атомных орбиталей не обязательно сохраняется. Особенно интересно поведение s- и p-орбиталей атомов p-элементов второго периода. Рассмотрим гибридизацию этих орбиталей на примере атома углерода. Образованию химической связи углерода должно предшествовать возбуждение одного 2s-электрона на вакантную 2p-орбиталь. Тогда все четыре орбитали становятся эквивалентными по заселенности их электронами, но остаются неэквивалентными по энергии. Гибридизация заключается в том, чтобы превратить разные по симметрии и энергии s- и p-орбитали в эквивалентные по энергии и симметрии, но отличающиеся при этом расположением в пространстве. При комбинации сферически симметричной 2s-орбитали и гантелеобразных 2p-орбиталей образуется две, три или четыре гибридные атомные орбитали в форме несимметричной гантели. Форма гибридной орбитали слабо зависит от того, образована такая орбиталь в результате гибридизации одной s- и одной p-орбитали (sp-гибридизация), одной s- и двух p-орбиталей (sp²-гибридизация) или одной s- и трех p-орбиталей (sp³-гибридизация). Зато расположение гибридных орбиталей друг относительно друга очень сильно зависит от вида гибридизации.

Включите радиокнопку sp-гибридизация и нажмите Старт. Вы увидите, что расположение двух образовавшихся гибридных орбиталей линейно. Это обусловливает линейную форму молекул, в которых такая гибридизация осуществляется (молекулы с тройной связью между атомами углерода, например, молекула ацителена. См. модель «Сигма- и пи-связи»).

Переключите модель в режим показа sp²-гибридизации. Получившиеся три гибридные орбитали расположены на плоскости и повернуты под углом 120°, что обусловливает плоскую структуру молекул с двойной связью, в которых осуществляется такая гибридизация. Пример – молекула этилена (cм. модель «Сигма- и пи-связи»).

Наконец, в режиме показа sp³-гибридизации вы увидите, что получившиеся гибридные орбитали направлены к вершинам тетраэдра, центр которого совпадает с ядром атома углерода. Молекула метана имеет форму тетраэдра, в вершинах которого расположены атомы водорода, а в центре – атом углерода.