Образование химической связи является результатом перекрывания двух АО. При этом, чаще всего, партнеры по связи предоставляют в общее владение по одному электрону, образуя ковалентную связь. Итак, двухэлектронное, теперь уже молекулярное облако и есть тем звеном, которое связывает ядра двух атомов за счет электростатического взаимо­действия.

Элемент околоядерного пространства, занятый двумя обобществленными электронами, называется молекулярной орбиталью (МО). Общий вывод: в атоме электроны существуют на атомных орбиталях, а в молекуле – на молекулярных орбиталях.

АО могут прекрываться либо при совпадении осей, либо при параллельном их расположении. В случае осевого перекрывания АО образуются -связи , а при боковом перекрывании – -связи .

;

Образование атомом связей с другими атомами связано с выравниванием (усреднением) молекулярных орбиталей, называемым гибри­дизацией.

Найдите ответ на вопросы: что такое гибридизация и в чем заключаются особенности гибридизации типов sр³, sр², sр?

Если один партнер по связи обладает намного большим сродством к электрону (например Сl), чем другой (например Na), то обобществленная пара электронов может практически полностью перейти во владение первого. При этом образуется ионная связь, обусловленная электростатическим взаимодействием ионов:

, , .

Вариантом ковалентной связи является донорно-акцепторная связь. В этом случае один партнер по связи (донор) предоставляет пару электронов в общее владение на вакантную орбиталь другого партнера (акцептора).

;

Существуют также водородная связь и трехцентровые (мостиковые) связи.

2.3. Электронные эффекты в молекулах.
Поляризация связей и молекул

Если связь образуют элементы, отличающиеся по электроотрицательности (сродству к электрону), то она поляризуется. Поляризация нескольких связей суммарно может привести к поляризации всей молекулы.

Различают два типа электронных смещений: индукционный эффект ( I-эфф.) и мезомерный эффект ( М-эфф.). I-эфф. отражает смещение электронов по цепи -связей к более электроотрицательному атому (группе атомов) и изображается стрелкой, лежащей на связях:

Смещение электронов на кислород и хлор приводит к появлению на них дробных (частичных) отрицательных зарядов ( -) (дельта минус). На сере и углероде, соответственно, возникает дефицит электронов – дробный положительный заряд ( +).

Еще легче, чем -cвязи, поляризуются -связи, что характеризуется мезомерным эффектом, изображаемым кривыми стрелками:

Индукционному и мезомерному эффектам приписывается знак минус (–I-эфф., –М-эфф.), если атом (группа атомов) оттягивает электроны на себя, и знак плюс ( I-эфф., М-эфф.) – если заместитель отталкивает электроны от себя.

Мезомерный эффект особенно эффективен при наличии в молекуле системы сопряжения. Сопряжение – это взаимодействие - и неподеленных (принадлежащих одному атому) р-электронов, разделенных
-связью:

Электронные облака эффективно взаимодействуют при условии, если их разделяет -связь. Наличие двух -связей между - и р-электро­нами уже такое взаимодействие делают невозможным.

Без понимания природы электронных смещений мы не сможем понять ни зависимость силы кислот и оснований от их электронного строения, ни факторов определяющих стабильность промежуточных частиц (катионов, анионов, радикалов), ни реакционной способности соединений в целом. Почему каротин имеет ярко-оранжевую окраску? Потому, что ее молекула содержит 11 двойных связей, чередующихся с -связями. Такая система сопряжения характеризуется высокой подвижностью (поляризуемостью) электронов, что приводит к поглощению ею квантов света в видимой области и возникновению окраски.

Почему серная кислота сильнее сернистой, а по второй константе диссоциации она гораздо слабее, чем по первой?

Ответ на этот вопрос и на многие другие вопросы, которые будут возникать в процессе изучения химии, следует искать в электронных эффектах и поляризации молекул.

Контрольные задания (17-23)

17. Дайте определение атомной и молекулярной орбиталей. Покажите графически s-, р- и d- орбитали и варианты их перекрывания с образованием - и -связей. Какие геометрические и энергетические параметры характеризуют связи и атом в целом?

18. Покажите механизм образования связей в молекулах:

СН₄, Н₂С = СН₂, НС СН, NН₃, Н₂О.

Какой тип гибридизации проявляется в каждом случае? Почему молекула воды имеет угловое строение, а ацетилена – линейное?

19. Дайте определение электронных эффектов в молекулах: индукционного, мезомерного и эффекта сопряжения. Приведите конкретные примеры структур и проявляющиеся в них эффекты.

20. Что такое гибридизация молекулярных орбиталей ( -связей)? Типы гибридизации. Причины ее проявления. Приведите конкретные примеры.

21. Дайте определение и приведите конкретные примеры ковалентной, ионной, донорно-акцепторной, семиполярной и водородной связей. Трехцентровые (мостиковые) связи.

Покажите поляризацию - и -связей, в частности, в молекулах серной и фосфорной кислот.

22. Что такое ковалентная связь? Приведите примеры неполярной, малополярной, сильно полярной ковалентных связей. Покажите эффекты, которые обусловливают эту поляризацию.

Чем донорно-акцепторная связь отличается от ковалентной? Приведите примеры. Покажите структуру азотной, серной и фосфорной кислот с учетом электронных эффектов.

23. Представьте основные классы неорганических соединений.
Покажите структуру молекул и электронные эффекты на конкретных
примерах.