Реферат: Геометрія молекул
На сьогодні питання геометрії молекули, тобто питання про напрям в просторі її валентних зв’язків може бути розв’язаний теоретично в рамках задач квантової хімії.
У випадку, коли зовнішні валентні 
атома мають виділений в просторі напрямок електронної хмари, то можна передбачити напрямок в просторі хімічного зв’язку, що виникає з їх участю. Це теорія направлених валентностей, що витікає з квантово-механічного методу валентних зв’язків. Валентний зв’язок утворюється в напрямку максимального перекриття електронних хмар.
В природі є величезна кількість молекул, які мають різноманітну форму.
Що слід розуміти під формою молекули?
Молекула – це система додатньо-завершених ядер, що певним чином розміщені в просторі, і електронна хмара, утворена внутрішніми і зовнішніми електронами атомів, що входять в склад молекули. Внутрішні електрони атомів, що лежать близько до ядра, в утворенні хімічного зв’язку між атомами участі не приймають, а зовнішні електрони в молекулі поводять себе не так як в окремих атомах. Форми молекул можуть бути розділені на три групи:
1. Лінійні – двох- і багатоатомні молекули, ядра яких розміщені по прямій.
2. Плоскі – ядра молекул розміщені в одній площині.
3. Просторові – найбільш чисельніший і різноманітний клас.
Що слід розуміти під геометричною формою молекул?
Строго кажучи, форма молекули повинна визначатись зовнішньою електронною оболонкою молекули. Але з квантової механіки відомо, що положення електронів в просторі не визначене і можна говорити тільки про імовірність того чи іншого перебування електронів, тому визначати геометричну форму молекули по електронній оболонці незручно, так як в різних експериментах може виявитись різною. У зв’язку з цим під формою і розмірами молекули розуміють слідуюче: під формою молекули розуміють закон взаємного розміщення додатньо заряджених ядер молекули в просторі, а під розмірами молекул розуміють об’єм простору, який займають ядра молекули. Тому основними геометричними параметрами, що визначають геометричну форму молекули є: довжина хімічних зв’язків.
Довжиною хімічного зв’язку називається віддаль по прямій між ядрами атомів, що зв’язані між собою хімічним зв’язком. Оцінити довжину хімічного зв’язку у двохатомній молекулі (АВ), що утворюється за схемою А2 + В2 = 2АВ, можна за формулою
де dA – A і dB – B – міжатомні віддалі в молекулах А2 і В2 .
Міжатомна віддаль, як правило, рівна сумі ковалентних радіусів атомів, що утворили зв’язок. Наприклад, d( Si – C ) = rков (С) + rков (Si) = = 0,771 + 1,75 = 2,528Å. На довжину зв’язку між однотипними атомами впливає розподіл електронної густини у молекулах. Наприклад, d(N–H) у різних молекулах різне:
1) NH3 d(N–H) = 1,008Å; 4) HN3 d(N–H) = 1,02Å;
2) Co(NH2 )2 d(N–H) = 1,036Å; 5) HNCS d(N–H) = 1,013Å;
3) NH4 + d(N–H) = 1,034Å; 6) NHCO d(N–H) = 0,99Å.
З метою врахування розподілу електронної густини в молекулі Шомакер і Стівенсон для розрахунку міжатомних віддалей між двома атомами запропонували формулу
d(A – B) = rA + rB – 0,99|XA – XB |,
де Х – електронегативність атомів А і В,
rA , rВ – ковалентні радіуси атомів А і В.
Довжина зв’язку може дати деякі вказівки відносно порядку або кратності вз’язку. Для зв’язків атому карбону можна накреслити криву залежності між довжиною та порядком зв’язку (мал. ). Значення довжини зв’язку може характеризувати кратність хімічного зв’язку.
Кратність зв’язку і довжина зв’язку зв’язані між собою. Встановлено, що із зростанням порядку довжина зв’язку зменшується. За експериментальною довжиною зв’язку можна визначити його порядок і навпаки.
На довжину зв’язку в значній мірі впливає тип гібридизації атому, так як при цьому змінюється його радіус. Так, rС (sp3 ) = 0,77Å; rС (sp2 ) = 0,74Å; rС (sp) = 0,70Å.
Другою, останньою характеристикою геометричної форми молекул є валентні кути. Валентні кути – це кути між напрямками валентних зв’язків, що мають один спільний атом (мал. ).
Набір довжин хімічних зв’язків і величин валентних кутів повністю визначають геометрію будь-якої молекули.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--