Молекулярные орбитали метана
Страница 1

Если в центр тетраэдрического ансамбля из четырех атомов водорода поместить атом углерода, то образуется молекула метана. На рис. 2.19 приведена диаграмма взаимодействия атомных орбиталей углерода с групповыми орбиталями ансамбля Н4.

Рис. 2.19. Диаграмма орбитального взаимодействия для молекулы метана. Рис. 2.19. Диаграмма орбитального взаимодействия для молекулы метана.

При построении этой диаграммы используется правило, согласно которому взаимодействовать могут только орбитали одинаковой симметрии. Например, орбиталь 2s атома углерода (без узлов) может комбинироваться лишь с групповой орбиталью ϕ1 (тоже без узлов), так как ее комбинация с любой другой из групповых орбиталей приводит к ситуации, когда интеграл перекрывания равен нулю, поскольку все другие орбитали Н4 имеют узловые плоскости, и вследствие этого связывание по одну сторону узла компенсируется антисвязыванием по другую сторону узла, например:

На рис. 2.19 справа приведены графические изображения восьми орбиталей

На рис. 2.19 справа приведены графические изображения восьми орбиталей метана, полученные путем такого подбора по симметрии пар взаимодействующих орбиталей. В соответствии с узловыми свойствами орбиталей метан должен иметь одну сильно связывающую орбиталь σ-типа (ψ1), три вырожденные, менее сильно связывающие орбитали π-симметрии (ψ2, ψ3 и ψ4), а также слабо разрыхляющую пустую σ*-орбиталь (ψ5) и три вырожденные, сильно разрыхляющие пустые π*-орбитали (ψ6, ψ7 и ψ8). Эта картина согласуется с контурными изображениями, приведенными на рис. 1.15 (гл. 1).Рис. 2.19 дает представление о симметрии и узловых свойствах молекулярных (делокализованных по всей молекуле) орбиталей метана. Если же исходить из представлений об орбиталях отдельных связей, то нужно взять sp3-гибридные орбитали атома углерода (разд. 1.8, гл. 1) и скомбинировать их в фазе и противофазе с 1s-орбиталями атома водорода. Тогда получим четыре вырожденные связывающие орбитали четырех связей С-Н (оси) и четыре вырожденные антисвязывающие орбитали (σ*СН):

В локализованной sp3-модели орбитали метана выглядят следующим образом.

В локализованной sp3-модели орбитали метана выглядят следующим образом.Четыре связывающие орбитали равной энергии:

Четыре антисвязывающие орбитали равной энергии:

Четыре антисвязывающие орбитали равной энергии:

Из этой модели следует, что метан должен иметь один потенциал ионизации, хотя

Из этой модели следует, что метан должен иметь один потенциал ионизации, хотя на самом деле их два (см. гл. 1, разд. 1.9). Последнее хорошо согласуется с делокализованной канонической моделью (см. рис.2.19). Чтобы гибридизованную модель привести в соответствие с этими данными, поступают следующим образом: четыре sp3-гибридные орбитали атома углерода симметризуют в соответствии с требованиями точечной группы симметрии тетраэдра Td. В результате получают четыре симметризованные орбитали центрального атома углерода, которые комбинируют с четырьмя групповыми орбиталями тетраэдрического ансамбля Н4 (рис. 2.20).

Страницы: 1 2

Смотрите также

Вред курения
Арабская пословица гласит: « Кури, и тебя не укусит собака, потому что ты плохо пахнешь. Кури - и тебя не ограбят, потому что ты испугаешь грабителей кашлем. Кури, и тебе не грозит старость ...

Метод суспензионной полимеризации винилхлорида
Термопластичный полимер поливинилхлорид (ПВХ) – твердое вещество белого цвета, являющееся продуктом полимеризации винилхлорида, выпускается в виде сыпучего порошка, готового для дальнейшей ...

Получение хлора и щелочи путем электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов. Извлечение ртути
Электролизеры для производства хлора и щелочи, в которых используется ртутная амальгама, находят широкое применение благодаря возможности получения концентрированных растворов щелочи. Однако ...