Кроме s- и p-орбиталей, существуют электронные орбитали еще более сложной формы; их обозначают буквами d и f. Попадающие сюда электроны приобретают еще больший запас энергии, двигаются по сложным путям, и в итоге получаются сложные и красивые объемные гео

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

Факультет лингвистики и международной коммуникации

Кафедра «Зарубежное регионоведение»

Электронные орбитали. Понятие и s- и p- связи.

Реферат по дисциплине (специализации) «Концепции современного естествознания»

Исполнитель:

Студент группы ЛМ-105

Муратова И. А.

Челябинск 2016 год

Оглавление

Орбитали. 4

Пять типов орбиталей. 5

s-Орбитали. 6

Р-орбитали. 7

Единственный электрон атома водорода образует вокруг ядра сферическую орбиталь - шарообразное электронное облако, вроде неплотно намотанного клубка пушистой шерсти или ватного шарика. 10

d и f - Орбитали. 11

Сигма- и пи-связи. 12

Кратные связи. 13

Метод валентных связей. 14

ОРБИТАЛЬ – область наиболее вероятного местонахождения электрона в атоме (атомная орбиталь) или в молекуле (молекулярная орбиталь).
Электрон движется в атоме вокруг ядра не по фиксированной линии-орбите, а занимает некоторую область пространства. Например, электрон в атоме водорода может с определенной вероятностью оказаться либо весьма близко к ядру, либо на значительном удалении, однако существует определенная область, где его появление наиболее вероятно. Графически орбиталь изображают в виде поверхности, очерчивающей область, где вероятность появления электрона наибольшая, иначе говоря, электронная плотность максимальна. У атома водорода орбиталь электрона имеет сферическую (шаровую) форму.

К настоящему моменту описано пять типов орбиталей: s, p, d, f и g. Названия первых трех сложились исторически, далее был выбран алфавитный принцип. Формы орбиталей вычислены методами квантовой химии.
Орбитали существуют независимо от того, находится на них электрон (занятые орбитали), или отсутствует (вакантные орбитали). Атом каждого элемента, начиная с водорода и заканчивая последним полученным на сегодня элементом, имеет полный набор всех орбиталей на всех электронных уровнях. Их заполнение электронами происходит по мере увеличения порядкового номера, то есть, заряда ядра.
Буквенные обозначения атомных орбиталей произошли от описания спектральных линий в атомных спектрах:

s (sharp) — резкая серия в атомных спектрах,

p (principal)— главная,

d (diffuse) — диффузная,

f (fundamental) — фундаментальная.

Гибридизация орбиталей представляется как интерференция колебаний.
Форма и расположение в пространстве s-, p-, d- и f-орбиталей

s-Орбитали, как было показано выше, имеют сферическую форму и, следовательно, одинаковую электронную плотность в направлении каждой оси трехмерных координат:

На первом электронном уровне каждого атома находится только одна s-орбиталь.

У s-элементов - заполняется s-подуровень внешнего уровня. Все s-элементы, кроме водорода и гелия, - металлы главных подгрупп 1 и 2 групп периодической системы элементов. У элементов первого периода есть только один s-подуровень, образованный одной s-орбиталью, на которой может находиться не более 2 электронов. Поэтому в 1 периоде только 2 элемента - водород Н и гелий Не.

Начиная со второго электронного уровня помимо s-орбитали появляются также три р-орбитали. Они имеют форму объемных восьмерок, именно так выглядит область наиболее вероятного местонахождения р-электрона в районе атомного ядра. Каждая р-орбиталь расположена вдоль одной из трех взаимоперпендикулярных осей, в соответствии с этим в названии р-орбитали указывают с помощью соответствующего индекса ту ось, вдоль которой располагается ее максимальная электронная плотность:

У p-элементов заполняется p-подуровень внешнего энергетического уровня. Это элементы главных подгрупп 3-8 групп ПСЭ, большинство из них - неметаллы. На p-подуровне 3 орбитали, т. е. максимальное число р-электронов - 6. Всего на внешнем уровне могут заполняться электронами 1 s- и 3 р-орбитали, т. е. максимально - 8 электронов. На втором энергетическом уровне есть только 1 s- и 3 р-орбитали, поэтому во 2 периоде - 8 элементов. Т. к. на внешнем электронном слое заполняются только s- и р-подуровни, то и в 3 периоде - тоже 8 элементов, хотя на 3 энергетическом уровне и появляется d-подуровень.

В современной химии орбиталь – определяющее понятие, позволяющее рассматривать процессы образования химических связей и анализировать их свойства, при этом внимание сосредотачивают на орбиталях тех электронов, которые участвуют в образовании химических связей, то есть, валентных электронов, обычно это электроны последнего уровня.
Атом углерода:

Единственный электрон атома водорода образует вокруг ядра сферическую орбиталь - шарообразное электронное облако, вроде неплотно намотанного клубка пушистой шерсти или ватного шарика.

Сферическую атомную орбиталь ученые договорились называть s-орбиталью. Она самая устойчивая и располагается довольно близко к ядру.

Чем больше энергия электрона в атоме, тем быстрее он вращается, тем сильнее вытягивается область его пребывания и наконец превращается в гантелеобразную p-орбиталь:

Электронное облако такой формы может занимать в атоме три положения вдоль осей координат пространства x, y и z. Это легко объяснимо: ведь все электроны заряжены отрицательно, поэтому электронные облака взаимно отталкиваются и стремятся разместиться как можно дальше друг от друга.

Все вместе три электронных облака, которые называют px-, py- или pz-орбиталями, образуют симметричную геометрическую фигуру, в центре которой находится атомное ядро. Она похожа на шестиконечный помпончик или на тройной бант - кому как нравится.

Итак, p-орбиталей может быть три. Энергия их, конечно, одинакова, а расположение в пространстве - разное.

Кроме s- и p-орбиталей, существуют электронные орбитали еще более сложной формы; их обозначают буквами d и f. Попадающие сюда электроны приобретают еще больший запас энергии, двигаются по сложным путям, и в итоге получаются сложные и красивые объемные геометрические фигуры.

Все d-орбитали (а их может быть уже пять) одинаковы по энергии, но по-разному расположены в пространстве. Да и по форме, напоминающей перевязанную лентами подушечку, одинаковы только четыре.
А пятая - вроде гантели, продетой в бублик.

Электронных облаков с одинаковой энергией, которым присвоено имя f-орбиталей, может быть уже семь. Они тоже различны по форме и по-разному ориентированы в пространстве.

У d-элементов заполняется d-подуровень предвнешнего (второго снаружи) энергетического уровня (= электронного слоя). Это все металлы побочных подгрупп (кроме лантаноидов и актиноидов). На d-подуровне 5 орбиталей, максимальное число электронов - 10. Начиная с 4 периода, сначала у элементов заполняется s-подуровень внешнего уровня (до 2 электронов), затем - d-подуровень предвнешнего уровня (до 10 электронов), затем - р-подуровень внешнего уровня (до 6 электронов). Поэтому в 4 и 5 периодах по 18 элементов.

У f-элементов заполняется 3-й снаружи электронный слой, это лантаноиды и актиноиды (все они - металлы). Всего на f-подуровне 7 орбиталей, т. е. возможно 14 электронов. Поэтому в 6 периоде, у элементов которых заполняется 5f-подуровень, всего 32 элемента; 7 период – незавершенный.

Сигма- и пи-связи (s- и p-связи), ковалентные химические связи, характеризующиеся определенней, но различной пространственной симметрией распределения электронной плотности. Как известно, ковалентная связь образуется в результате обобществления электронов взаимодействующих атомов. Результирующее электронное облако s-связи симметрично относительно линии связи, т. е. линии, соединяющей ядра взаимодействующих атомов. Простые связи в химических соединениях обычно являются (т-связями (см. Простая связь). Электронное облако p-связи симметрично относительно плоскости, проходящей через линию связи (рис. 1, б), причём в этой плоскости (называемой узловой) электронная плотность равна нулю. Употребление греческих букв s и p связано с соответствием их латинским буквам s и р в обозначении электронов атома, при участии которых впервые появляется возможность для образования s- и p-связей соответственно. Поскольку облака атомных р-орбиталей (px, ру, pz) симметричны относительно соответствующих осей декартовых координат (х, у, z), то, если одна р-орбиталь, например pz, принимает участие в образовании s-связи (ось z — линия связи), две оставшиеся р-орбитали (px, py) могут принять участие в образовании двух p-связей (их узловые плоскости будут yz и xz соответственно; см. рис. 2). В образовании s и p-связей могут принять участие также d- (см. рис. 1) и f-электроны атома.

s-Связь - ковалентная связь, образованная при перекрывании s-, p- и гибридных АО вдоль оси, соединяющей ядра связываемых атомов.

p-Связь - ковалентная связь, возникающая при боковом перекрывании негибридных р-АО. Такое перекрывание происходит вне прямой, соединяющей ядра атомов.

Если между атомами в молекуле возникают одновременно как s-, так и p-связи, то результирующая связь является кратной (см. Кратные связи, Двойная связь, Тройная связь, а также Валентность).

p-Связи образуются между атомами, уже соединенными s-связью. Эта связь слабее s-связи из-за менее полного перекрывания р-АО.

Различное строение s- и p-молекулярных орбиталей определяет характерные особенности s- и p-связей.

s-Связь прочнее p-связи. Это обусловлено более эффективным перекрыванием АО при образовании s-МО и нахождением s-электронов между ядрами.

По s-связям возможно внутримолекулярное вращение атомов, т. к. форма s-МО допускает такое вращение без разрыва связи (аним., 32647 байт). Вращение по p-связи невозможно без ее разрыва!

Электроны на p-МО, находясь вне межъядерного пространства, обладают большей подвижностью по сравнению с s-электронами. Поэтому поляризуемость p-связи значительно выше, чем s-связи.

ковалентные химические связи, характеризующиеся определенней, но различной пространственной симметрией распределения электронной плотности. Как известно, ковалентная связь образуется в результате обобществления электронов взаимодействующих атомов. Результирующее электронное облако σ -связи симметрично относительно линии связи, т. е. линии, соединяющей ядра взаимодействующих атомов. Простые связи в химических соединениях обычно являются (т-связями (см. Простая связь). Электронное облако π -связи симметрично относительно плоскости, проходящей через линию связи (рис. 1, б), причём в этой плоскости (называемой узловой) электронная плотность равна нулю. Употребление греческих букв σ и π связано с соответствием их латинским буквам s и р в обозначении электронов атома, при участии которых впервые появляется возможность для образования σ - и π -связей соответственно. Поскольку облака атомных р-орбиталей (px, ру, pz) симметричны относительно соответствующих осей декартовых координат (х, у, z), то, если одна р-орбиталь, например pz, принимает участие в образовании σ -связи (ось z — линия связи), две оставшиеся р-орбитали (px, py) могут принять участие в образовании двух π -связей (их узловые плоскости будут yz и xz соответственно; см. рис. 2). В образовании σ и π -связей могут принять участие также d- (см. рис. 1) и f-электроны атома.

Метод валентных связей

Представления о механизме образования химической связи на примере молекулы водорода распространяются и на другие молекулы. Теория химической связи, созданная на этой основе, получила название метода валентных связей (МВС). Основные положения:

1) ковалентная связь образуется в результате перекрывания двух электронных облаков с противоположно направленными спинами, причем образованное общее электронное облако принадлежит двум атомам;

2) ковалентная связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются взаимодействующие электронные облака. Степень перекрывания электронных облаков зависит от их размеров и плотности;

3) образование молекулы сопровождается сжатием электронных облаков и уменьшением размеров молекулы по сравнению с размерами атомов;

4) в образовании связи принимают участие s- и p-электроны внешнего энергетического уровня и d-электроны предвнешнего энергетического уровня.

Список литературы и источников информации

school-collection. edu.

https: //ru. wikipedia. org