Примеры решения задач

Пример 1. Объясните с позиций метода МО возможность существования молекулярного иона и невозможность существования молекулы Не₂.

Решение. В молекулярном ионе имеются три электрона. Энергетическая схема образования этого иона с учетом принципа Паули показана на рис. 15.

На связывающей орбитали размещены два электрона, а на разрыхляющей – один.
Следовательно, кратность связи в этом ионе равна (2 – 1)/2 = 0,5, и он должен быть энергетически устойчивым.

Напротив, молекула Не₂ должна быть энергетически неустойчивой, поскольку из четырех электронов, которые должны разместиться на МО, два займут связывающую МО, а два – разрыхляющую.

Кратность связи в этом случае равна нулю – молекула не образуется.

Пример 2. Какая из молекул – В₂ или С₂ характеризуется более высокой энергией диссоциации на атомы? Сопоставьте магнитные свойства этих молекул.

Решение. Составим энергетические схемы образования данных молекул (рис. 16).

Рис. 16. Энергетическая схема образования молекул В₂ и С₂

Как видно из рис. 16, в молекуле В₂ разность между числом связывающих и числом разрыхляющих электронов равна двум, а в молекуле С₂ – четырем; это отвечает кратности связи соответственно 1 и 2. Следовательно, молекула С₂, характеризующаяся более высокой кратностью связи между атомами, должна быть более прочной. Этот вывод соответствует экспериментально установленным значениям энергии диссоциации на атомы молекул В₂ (276 кДж/моль) и С₂ (605 кДж/моль).

В молекуле В₂ два электрона расположены согласно правилу Гунда, на двух π^св 2р-орбиталях. Наличие двух неспаренных электронов сообщает этой молекуле парамагнитные свойства. В молекуле С₂ все электроны спарены, следовательно, эта молекула диамагнитна.

Пример 3. Как располагаются электроны по МО в молекуле CN и в молекулярном ионе CN^–, образующемся по схеме: C^– + N → CN^–. В какой из этих частиц длина связи наименьшая?

Решение. Составив энергетические схемы образования рассматриваемых частиц (рис. 17), заключаем, что кратность связи в CN и CN^– соответственно равна 2,5 и 3. Наименьшей длиной связи характеризуется ион CN^–, в котором кратность связи между атомами наибольшая.