Метод молекулярных орбиталей

Созданный ранее метод валентных схем не мог обосновать некоторые положения в теории ковалентной связи:

по методу ВС связь между атомами осуществляется за счет элек­тронных пар. Как же тогда объяснить устойчивость молекулярного иона водорода Н₂⁺ (Н⋅Н)⁺? Связь в данном случае одноэлектронная, а ион ус­тойчив (Е_св = 259 кДж/моль);

В Химия. Учеб. пособие

-31-

ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ И СТРОЕНИЯ МОЛЕКУЛ

Ковалентная связь

экспериментально было доказано, что молекула О₂ – парамагнитна, т. е. в ее структуре имеется неспаренный электрон:

О 2s² 2p⁴

2s 2p

. Qi + iQ.—^.Q = O -

О₂

Используя метод ВС, это объяснить невозможно.

Приведенные здесь и многие другие факты получили объяснение на основе метода молекулярных орбиталей. Этот метод исходит из следующих положений:

1. В молекуле все электроны являются общими, сама молекула - это совокупность ядер и электронов, это единое целое.

2. Подобно тому, как в атоме каждому электрону соответствует атом­ная орбиталь (АО), в молекуле каждому электрону соответствует молекуляр­ная орбиталь (МО):

АО - S-, р-, d-, f-орбитали;

МО - а-, 7Г -, S-, ф-орбитали.

Каждая МО также характеризуется набором квантовых чисел, только молекулярная орбиталь в отличие от атомной оритали многоядерная (много­центровая), а не двухъядерная (двухцентровая).

3. Молекулярные орбитали строятся из атомных орбиталей путем ли­нейных комбинаций (т. е. путем сложения и вычитания волновых функций). Поэтому метод молекулярных орбиталей называют еще ЛКАО - линейные комбинации атомных орбиталей.

4. Молекулярных орбиталей образуется столько же, сколько атомных орбиталей участвуют в образовании связи.

5. В молекуле при заполнении электронами молекулярных орбиталей сохраняются принцип минимума энергии, запрет Паули, правило Гунда и др.

Поскольку молекулярные орбитали многоцентровые, они по форме сложнее атомных орбиталей. Образование МО из АО изображают в виде энергетических диаграмм. По вертикали откладывают значение энергии Е, которая возрастает снизу вверх.

Рассмотрим энергетическую диаграмму построения молекулы водоро­да по методу моекулярных орбиталей (рис. 3.2). Из двух исходных атомных орбиталей (Is) атомов НА и НВ получили две молекулярные орбитали: одну с меньшей энергией - связывающую a_{S св} и другую с большей энергией - раз-

рыхляющую a _s.

Согласно принципу минимума энергии, электроны двух атомов водо­рода занимают связывающую молекулярную орбиталь с меньшей энергией. По запрету Паули спины этих электронов должны быть антипараллельны.

В Химия. Учеб. пособие

-32-