Метод валентных связей

В основе метода валентных связей (МВС) лежит принцип образования гибридных молекулярных орбиталей.

Теория гибридизации валентных орбиталей по методу валентных связей (ВС) дает представление о пространственной конфигурации молекул и комплексных ионов. Согласно этому представлению химические связи образуются за счет перекрывания гибридных (видоизмененных) атомных орбиталей, которые приведены все к одному виду – вытянутые в одном направлении от ядра. В этом случае достигается максимальное перекрывание электронных облаков, а, следовательно, и химическая связь, образовавшаяся с участием электрона гибридной орбитали должна быть прочной.

Такая деформация электронных облаков требует затраты энергии, однако эти затраты компенсируются образованием более прочных химических связей. Тип гибридизации определяется числом атомных орбиталей участвующих в химической связи.

В гибридизации может принимать участие разное число АО разного типа. Обычно от 2 до 6. Рассмотрим наиболее типичные случаи.

sp-гибридизация имеет место при участии двух орбиталей: одной s-

и одной р- атомных орбиталей. При этом в соответствии с условиями гибридизации должны образоваться две равноценные и симметрично расположенные в пространстве, как это представлено на рис. 7, sp-гибридные орбитали.

Рассмотрим образование гидрида бериллия ВеН₂. В нормальном состоянии атом бериллия (схема 8) не содержит неспаренных электронов, оба его валентных 2s-электрона спарены и не могут участвовать в образовании сразу двух ковалентных связей. Для этого требуется переход атома Ве в возбуждённое состояние (схема 9).

В возбуждённом состоянии атом бериллия имеет во внешнем слое два неспаренных электрона, что позволяет показать образование молекулы типа ВеХ₂ следующим образом:

В случае образования отдельных молекул типа ВеХ₂ они должны иметь линейную форму (рис.3.4.) и одинаковую прочность связей.

sp²-гибридизация имеет место при участии трёх орбиталей: одной s- и двух р-орбиталей. При этом образуются три равноценные и симметричные sp² - гибридные орбитали, которые располагаются в одной плоскости с валентными углами 120º (рис.3.4.).

Для удобства в качестве примера рассмотрим соединение бора в виде ВН₃. Поскольку в нормальном состоянии атом бора содержит только один неспаренный электрон вместо необходимых трёх, то необходимо перевести атом бора в возбуждённое состояние (схема 10).

Исходя из представленной схемы (10), делается вывод, что при образовании молекул типа ВХ₃ имеет место sp²-гибридизация, поэтому они будут иметь форму правильного треугольника (рис.3.5.) и все связи В–Х будут равноценны.

При sp³-гибридизации требуется участие одной s- и трёх р-орбиталей. В этом случае образуются четыре одинаковых sp³-ГО. Поскольку три р -орбитали располагаются в пространстве, то и расположение ГО будет пространственным, направленным в силу симметрии к вершинам соответствующей правильной объёмной фигуры – тетраэдра.

Такой тип гибридизации имеет место, например, в возбуждённом атоме углерода при образовании молекулы метана СН₄ (схемы 6 и 7), имеющей тетраэдрическую конфигурацию (рис.3.6.).

У элементов третьего и более высоких периодов в гибридизации способны участвовать и d-орбитали. Наиболее типичными являются sp³d² – гибридизация, реже sp²d и sp³d, предполагается существование и более экзотических случаев гибридизации.