Одной из наиболее наглядных и удобных для преподавания является модель строения молекул, развитая Роналдом Гиллеспи и Иштваном Харгиттаи [[18]].
В 1940 г. Невил Сиджвик и Пауэлл предложили модель отталкивания электронных пар, которая впоследствии была развита Гиллеспи. Основные идеи этого подхода, приложимого только к соединениям непереходных элементов, сводятся к следующему:
1. Конфигурация связей, образуемых многовалентным атомом, обусловлена числом электронных пар его валентной оболочки, существующих как на связывающих, так и на несвязывающих МО.
2. Ориентация облаков плотности электронных пар, описываемых валентными орбиталями, определяется их максимальным взаимным отталкиванием.
Решение задачи о размещении максимально удаленных друг от друга точек, символизирующих центры тяжести облаков электронных пар, при числе точек от 2 до 12 приводит к возможным конфигурациям связей, перечисленным в таблице. Соответственно, легко представить геометрию молекул, имеющих такое расположение электронных пар.
|
|
Конфигурация связей центрального атома А в зависимости от числа
электронных пар q на его валентных орбиталях
q | Конфигурация | q | Конфигурация | |||||
Линейная или уголковая | Квадратная антипризма | |||||||
Равносторонний треугольник | Треугольная призма с тремя дополнительными вершинами | |||||||
Тетраэдр | Квадратная антипризма с двумя дополнительными вершинами | |||||||
Тригональная бипирамида, квадратная пирамида | Икосаэдр без одной вершины | |||||||
Октаэдр | Икосаэдр | |||||||
Октаэдр с дополнительной вершиной | ||||||||
Существуют простые правила, делающие модель Гиллеспи весьма эффективной:
а) Неподеленная электронная пара занимает больший объем, чем связывающая пара ординарной связи.
б) Сила отталкивания электронных пар в данной валентной оболочке понижается в следующем порядке: Е-Е, Е-Х, Х-Х (Е - неподеленная электронная пара, Х- связывающая электронная пара).
в) Объем связывающей электронной пары уменьшается с увеличением электроотрицательности лиганда.
г) Электронные пары двойной или тройной связей занимают больший объем, чем электронная пара ординарной связи.
Модель отталкивания электронных пар дает приближенный качественный метод предсказания структуры молекул.
Пример: определить форму молекулы Н2О
Сначала определяем число электронов вокруг центрального атома. У кислорода 6 своих электронов, еще 2 предоставляют ему 2 атома водорода. Всего вокруг кислорода 8 электронов или 4 электронные пары. Эти пары расположены в пространстве максимально симметрично – считаем, что все они одновременно притягиваются к общему центру (кислород) и взаимно отталкиваются. Фигура, которую могут по таким законам образовать 4 шара – тетраэдр. На двух вершинах этого тетраэдра находятся ядра водорода, и между этими двумя вершинами угол может отличаться от тетраэдрического. Вывод: форма молекулы Н2О угловая, атомы водорода на концах угла.
|
|
Пример: определить форму молекулы SF4
Сначала определяем число электронов вокруг центрального атома. У серы 6 своих электронов, на образование связей с 4 атомами фтора фтор “предоставляет” еще 4 электрона для получения электронных пар. Всего вокруг центрального атома серы 10 электронов или 5 пар. Максимально симметричная фигура – тригональная бипирамида (два тетраэдра с общей гранью). Фторы располагаются у двух вершин центрального треугольнаки и на противостоящих вершинах “состыкованных” пирамид. Форма молекулы SF4 – “качели”, “ручной пулемет на ножках” или дисфеноид.
Литература для более глубокого изучения:
1. Заградник Р., Полак Р. Основы квантовой химии. Пер с чешс. – М.: Мир, 1979. – 504 с.
2. Хабердитцл В. Строение материи и химическая связь. Пер. с нем. – М.: Мир, 1974. – 296 с.
3. Гиллеспи Р., Харгиттаи И. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и строение молекул: Пер. с. англ. – М.: Мир, 1992. – 296 с.