Описание двухатомных молекул по методу ВС

Обратимся к конкретным примерам. Для двухатомных молекул элементов второго периода выбор валентных орбиталей тривиален: все атомы имеют по четыре валентные орбитали (одна 2s и три 2р), а число электронов на них равно номеру группы в периодической системе. Так, в молекуле Li2 каждый атом поставляет по одному 2л'-электрону, и связь осуществляется одной парой электронов:

т.е. практически полностью повторяется картина образования связи в молекуле водорода. Фактически к молекуле Li., можно отнести почти все, что было сказано выше о молекуле водорода с той разницей, что у каждого атома лития имеется остов из двух внутренних электронов (Is²), который не дает чужой электронной плотности глубоко проникать в объем атома, тем самым ограничивая перекрывание валентных орбиталей. Энергия связи в молекуле Li₂ равна 107 кДж/моль, а межъядерное расстояние 0,267 нм (у Н₂ 432 кДж/моль и 0,074 нм соответственно).

У атома бериллия с конфигурацией ls²2s² в основном состоянии нет неспаренных электронов. С точки зрения метода ВС атом бериллия способен к образованию связей лишь после возбуждения (или «промотирования») одного из 25-электронов на следующую по энергии вакантную орбиталь 2р. Этот процесс можно изобразить схемой.

Однако, несмотря на то что после промотирования атом бериллия имеет два неспаренных электрона, молекула Ве₂ не образуется, так как даже энергия двойной связи Ве=Ве не компенсирует затраты на возбуждение двух атомов, ибо в небольшой молекуле Ве₂ с кратной связью очень велико межъядерное и межэлектронное отталкивание.

Другой интересный пример представляет молекула С.,. Атомы углерода отличаются тем, что в них имеется по четыре электрона и по четыре орбитали:

Двух неспаренных электронов достаточно для образования двойной связи в молекуле: С=СЗ, но в ней каждый атом углерода обладает еще одной неподеленной парой электронов. Поэтому вместо молекулы С₂ обычно образуются соединения, в которых атом углерода использует все четыре валентных электрона.

После переноса с затратой энергии {возбуждения или промотирования) одного из 25-электронов на 2р-орбигаль.

атом способен к полному использованию своих валентных электронов и орбиталей — к образованию четырех ковалентных связей. Именно так построены кристалл алмаза и большинство многочисленных соединений углерода (см. гл. 6).

С точки зрения метода ВС образование связей во всех двухатомных гомоядерных молекулах элементов второго периода можно описать в форме табл. 3.1.

Кратность связей, измеряемая числом пар обобщенных электронов, во всех случаях совпадает с формальным порядком связей, который мы ранее (в параграфе 3.4) определили по методу МО. Некоторая трудность возникает с молекулами В₂ и 0₂ — метод ВС в нашем упрощенном варианте в отличие от метода МО не объясняет наличия в них неспаренных электронов.

В дальнейшем нам не раз придется убедиться в том, что каждый из этих методов имеет свои преимущества, недостатки и предпочтительные области применения. Пока же мы видим, что метод МО более правильно переда;

Таблица 3.1

Описание связей в гомоядерных двухатомных молекулах элементов второго периода с точки зрения метода ВС.

Молекула.

Электронная конфигурация атома.

Схема связи.

Кратность связи.

Li2

Li=Li.

Ве2

:Ве Be:

В2

:В:В:

С2

:С:С:

n2

:N:N:

о2

foci:

р2

:i;:F:

Ne2

:Ne" Ne;

ет число несиарснных электронов, а метод ВС проще в применении, и при описании многоатомных молекул мы будем преимущественно пользоваться им.