Приклади розв'язування задач

Приклад 1. Пояснити утворення хімічного зв'язку в молекулі О₂ на основі методу ВЗ та МО ЛКАО, охарактеризувати магнітні власти­вості молекули.

Розв'язування: а) МВЗ. У цьому випадку від кожного атома кис­ню в утворенні зв'язку беруть участь 2s²2p⁴-валентні електрони. Гра­фічно можна зобразити:

б) МО ЛКАО. У даному випадку слід пам'ятати, що МО (молеку­лярні орбіталі) у порядку зростання енергії розташовані так (наприк­лад, для молекул Li₂→N₂, а також ізоелектронних до N₂ — CO, CN^- та ін.):

Тоді як для молекул O₂→Ne₂ порядок розташування:

Графічне зображення за МО ЛКАО:

У молекул кисню 12 електронів. Обчислимо порядок (кратність) зв'язку: , де n^зв – кількість електронів на зв'язуючих орбіталях і π* — на розпушуючих.

Наявність двох неспарених електронів на π _2pz і π _2py обумовлює парамагнітні властивості молекули кисню (ця речовина втягується зовнішнім магнітним полем, тоді як діамагнітні, що містять спарені електрони, виштовхуються ним). Парамагнітна сприйнятливість має позитивний знак, а діамагнітна — негативний.

Феромагнітні речовини мають високу магнітну сприйнятливість (Fe, Co, Ni).

Таким чином, метод валентних зв'язків не дає можливості пояс­нити магнітні властивості молекули О₂ (оскільки утворюється дві еле­ктронні пари неспарених електронів немає). Крім того, МО ЛКАО може пояснити також утворення різних молекулярних іонів, наприк­лад, Н₂⁺, О2⁺, О2^-, О2^2-, їх стабільність і можливість існування, тоді як використання МВЗ не дає можливості пояснити ці властивості.

Приклад 2. За МВЗ пояснити утворення донорно-акцепторного зв'язку в іонах NH₄⁺ та ВН₄^-.

Розв'язування: Від атома азоту в утворенні зв'язку беруть участь 2s²2p³ електрони, від атома водню — 1s¹. Отже, у випадку утворення молекули NН₃ це графічно можна зобразити так:

В іоні водню (Н⁺) є вільна атомна орбіталь (1s¹), а в молекулі NH₃ — пара електронів (2s¹), що дас можливість утворити донорно-акцепторний зв'язок: NН₃ + Н⁺ → NH₄⁺, де атом азоту — донор, іон водню (NH₄⁺) —- акцептор.

Аналогічно утворюється донорно-акцепторний зв'язок в іоні ВН₄^-: ВН₃ + Н^- → ВН₄^-, де Н^- — донор, а ВН₃ — акцептор. Графічно це можна зобразити так:

Атом бору має вакантну р-орбіталь, а гідрід-іон (Н⁺) — неподілену пару електронів.

Приклад 3. Пояснити утворення гібридизованих sp³-орбіталей у молекулі СН₄.

Розв'язування: у збудженому стані атом вуглецю С має таку електронну конфігурацію валентних електронів:

У даному випадку з чотирьох АО (s¹p³) утворюються чотири гіб­ридизовані sp³-орбіталі, з ними перекриваються 1s¹-орбіталі чотирьох атомів водню. Утворюється тетраедрична молекула СН₄:

Приклад 4. Пояснити утворення МО у молекулі Н₂ з АО (у ви­гляді діаграми енергетичного стану електронів у двоатомних гомоядсрних частинках).

Приклад 5. Записати електронну конфігурацію молекули CO.

Розв'язування: Електронна конфігурація атомів вуглецю і кис­ню - С 1s²2s²2p₂, О 1s²2s²2p⁴, всього 14 електронів. Тоді СО[КК()²()²=()²=()²()²].

Кратність зв'язку дорівнює ½(n^зв - n*) = ½(8 - 2) = 3.

КК — це 1s² атома C i 1s² атома О, тобто ()²()².

Аналогічну будову мають N₂, CN^-.

Приклад 6. Чи існує молекула Ne₂?

Розв'язування: Електронна формула Ne — 1s²2s²2p⁶.

У молекулі Ne₂ — 16 електронів (другий енергетичний рівень), які розселюються на 8 МО (див. приклад 1). Тоді кратність зв’язку буде дорівнювати: ½(n^зв – n*) = ½(8 - 8) = 0. Якщо кратність зв'язку дорівнює нулю, молекула існувати не може. Справді, благородні гази утворені одноатомними молекулами.