Молекулярные орбитали гетероядерных молекул

Соответствующие атомные орбитали имеют одинаковую энергию — для гомоядерных молекул. Правая и левая часть диаграммы находились на одном уровне. Когда мы рассматриваем орбитали гетероядерных молекул, то соответствующие атомные орбитали разных ядер имеют разную энергию.

$2s$ -орбитали лития не равны $2s$ -орбитали натрия. Для них нет точного соответствия. Но для одного периода можно рассматривать по тем же принципам, что и гомоядерные молекулы.

Молекула CO

Рассмотрим молекулу CO. Углерод и кислород — атомы одного периода, но у кислорода заряд ядра больше, и его $2s$ - и $2p$ -орбитали лежат ниже, чем у углерода:

Диаграмма МО молекулы CO: уровни 2s и 2p кислорода ниже, чем у углерода; σ(2s), σ*(2s), σ(2p_y), две π и σ*(2p_y)

Электронов на валентных орбиталях $4 + 6 = 10$ : они заполняют $\sigma(2s)$ , $\sigma^*(2s)$ , $\sigma(2p_y)$ и две $\pi$ -орбитали. Порядок связи:

P = \frac{8 - 2}{2} = 3

\text{CO}: \quad \sigma(2s)^2\,\sigma^*(2s)^2\,\sigma(2p_y)^2\,\pi(2p_x)^2\,\pi(2p_z)^2

Связь в CO тройная — как в изоэлектронной молекуле N₂.

Цианид-ион CN⁻

У азота на один электрон меньше, чем у кислорода, но в анионе есть лишний электрон $(+\bar{e})$ — поэтому диаграмма заполняется так же, как у CO:

Диаграмма МО цианид-иона CN⁻: те же орбитали, что у CO, плюс один добавочный электрон

P = 3

🙏 Если вам нравится сайт, подпишитесь на наш 🔗 Телеграм-канал.

Молекула HF

\text{H}: \ 1s \qquad\qquad \text{F}: \ 1s^2\,2s^2\,2p^5

Здесь атомы из разных периодов, и напрямую сопоставить орбитали нельзя. Можно сопоставить средний радиус электронных орбит. Чем меньше радиус, тем ниже энергия системы. Если оценить их радиус, можно расставить по величине энергии: $1s$ -орбиталь водорода оказывается близка по энергии к $2p$ -орбиталям фтора.

Диаграмма МО молекулы HF: 1s водорода комбинируется с одной 2p-орбиталью фтора; остальные орбитали фтора несвязывающие

Из трех $2p$ -орбиталей фтора с $1s$ -орбиталью водорода может комбинироваться только одна — та, что направлена вдоль оси связи ( $2p_y$ ). Орбитали $2p_x$ и $2p_z$ перекрываются с $1s$ так, что положительная и отрицательная доли компенсируют друг друга:

Перекрывание 1s водорода с 2p_x, 2p_y, 2p_z фтора: только 2p_y дает σ и σ*, остальные комбинации невыгодны

Такая комбинация не выгодна.

Число МО = число АО. Атомные орбитали, не участвующие в образовании связи, переходят в молекулу без изменения своей энергии, и они называются несвязывающими орбиталями.

Итак, орбитали бывают трех типов: связывающие (понижают энергию), разрыхляющие (повышают энергию) и несвязывающие. В HF два электрона на связывающей орбитали, на разрыхляющей — ни одного, остальные шесть валентных электронов фтора — на несвязывающих, которые в порядке связи не учитываются:

P = \frac{2 - 0}{2} = 1

Молекулярные орбитали гомоядерных молекул Комплексные соединения в теории кристаллического поля