А. Ф. Новиков строение вещества
жүктеу/скачать 2,4 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 2.5. Ковалентная связь, метод молекулярных орбиталей
| 46
углерода в таких молекулах направлены в пространстве так, что атом углерода как бы находится в центре тетраэдра, а атомы и группы атомов, соединенные с углеродом, в его вершинах. Если в молекуле имеется хотя бы один атом углерода, соединенный с четырьмя различными атомами или группами, то такие молекулы асимметричны, то есть они не имеют плоскости симметрии. Углеродный атом, соединенный с четырьмя различными атомами или группами, называют асимметрическим атомом углерода. Характерным примером оптически активного вещества является молочная кислота, в ее молекуле имеется асимметрический атом углерода, отмеченный звездочкой: COOH │ H ─ C ∗ ─ OH │ CH 3 Рис.32 На рис.33 представлены пространственные модели энантиомеров молочной кислоты. Эти молекулы асимметричны, так как расположение групп при асимметрическом атоме у них не одинаково. В молекуле согласно рис.33,а атом водорода ( H ), метильная ( СH 3 ) и гидроксильная ( OH ) группы расположены по ходу часовой стрелки, если смотреть сверху, со стороны группы ( COOH ), а в молекуле на рис. 33,б – против. Рис.33 Как бы мы ни поворачивали каждую из изображенных моделей, она никогда не совместится с другой всеми своими группами: две группы при 47 асимметрическом атоме углерода у них всегда оказываются направленными в противоположные стороны. Оптические изомеры, отклоняющие плоскость поляризации вправо, называются правовращающими и обозначаются знаком (+), а отклоняющие влево – левовращающими и обозначаются знаком (–). 2.5. Ковалентная связь, метод молекулярных орбиталей В целом, при всей своей наглядности и простоте метод ВС не в состоянии дать адекватного описания строения целого ряда довольно несложных и распространенных молекул. Наиболее убедительный пример – это простейшее молекулярное образование, молекулярный ион водорода ( Н 2 + ), в котором связь образуется с помощью всего одного электрона, что противоречит третьему исходному положению метода ВС (см. разд. 2.4). Таким образом, возникла необходимость в разработке альтернативного подхода к выбору правильной волновой функции для электронов в молекуле – метода молекулярных орбиталей (МО). Метод МО призван устранить противоречия рассмотренного ранее метода ВС, однако он менее нагляден и более сложен с математической точки зрения. Метод МО основывается на следующих предпосылках: 1. Каждый электрон в молекуле принадлежит не одному какому-то атому, а молекуле в целом, занимая определенную молекулярную орбиталь. 2. Каждая молекулярная орбиталь характеризуется своим набором квантовых чисел подобно атомным орбиталям, однако обозначаются они прописными буквами: N, L, M и S . Имеются несложные формулы пересчета атомных квантовых чисел в молекулярные. 3. При заполнении электронами молекулярных орбиталей действуют правила и принципы, выработанные для атомных орбиталей (принцип Паули, правило Хунда и т.д.). 4. Волновая функция всех электронов данной орбитали есть произведение волновых функций всех электронов на молекулярной орбитали: Ψмо = Ψ 1 · Ψ 2 · Ψ 3 · ... 5. Волновая функция электрона на данной орбитали определяется линейной комбинацией атомных орбиталей – ЛКАО (МО). Таким образом, уже первый и единственный электрон (как это имеет место в молекулярном ионе Н 2 + ) может быть описан следующими двумя волновыми функциями: Ψ 1 = с 1 · [ Ψ a (A) + Ψ a (B) ] , Ψ 2 = с 2 · [ Ψ a (A) – Ψ a (B) ] . |