Перекрывание электронных облаков играет ключевую роль в образовании химических связей. Рассмотрим схемы перекрывания для молекул H₂, Cl₂ и HCl.
Молекула водорода
Водородная молекула состоит из двух атомов водорода, каждый из которых имеет один электрон на 1s-орбитали. Когда два атома водорода приближаются друг к другу, их 1s-орбитали перекрываются, образуя сигма ) связь. Это перекрывание ведет к образованию молекулярной орбитали, которая:
- Связывающая орбиталь ): Образуется за счет конструктивного перекрывания 1s-орбиталей, где плотность электронной вероятности максимальна между двумя ядрами. Это приводит к стабильной связи.
- *Антисвязывающая орбиталь ((\sigma^))**: Формируется при деструктивном перекрывании, где плотность электронной вероятности минимальна между ядрами. Обычно такая орбиталь остается незаполненной в основном состоянии молекулы H₂.
Молекула хлора
Хлор состоит из двух атомов хлора, каждый из которых имеет электронную конфигурацию 3s²3p⁵, причем последний электрон занимает одну из 3p-орбиталей. Эти два 3p-электрона участвуют в образовании ковалентной связи. При образовании молекулы Cl₂ происходит перекрывание 3p-орбиталей, что также приводит к образованию сигма ) связи:
- Связывающая орбиталь ): Образуется за счет конструктивного перекрывания 3p-орбиталей, что приводит к максимальной плотности электронной вероятности между ядрами.
- *Антисвязывающая орбиталь ((\sigma^))**: Формируется при деструктивном перекрывании 3p-орбиталей. Как и в случае с водородом, она обычно остается незаполненной в основном состоянии молекулы Cl₂.
Молекула хлороводорода
Молекула HCl состоит из атомов водорода и хлора. Водород имеет один электрон на 1s-орбитали, а хлор — на 3p-орбитали. При образовании связи происходит перекрывание 1s-орбитали водорода с одной из 3p-орбиталей хлора.
- Связывающая орбиталь ): Образуется за счет конструктивного перекрывания 1s-орбитали водорода и 3p-орбитали хлора. Плотность электронной вероятности здесь будет максимальной между ядрами водорода и хлора. Важно отметить, что связь в HCl полярна из-за разницы в электроотрицательности водорода и хлора , что ведет к смещению электронной плотности в сторону хлора.
- *Антисвязывающая орбиталь ((\sigma^))**: Как и в предыдущих случаях, формируется при деструктивном перекрывании орбиталей и обычно остается незаполненной.
Заключение
Перекрывание электронных облаков для молекул H₂, Cl₂ и HCl приводит к образованию сигма ) связей, которые являются основой их стабильности. В каждом случае связывающая молекулярная орбиталь ) образуется за счет конструктивного перекрывания, в то время как антисвязывающая ) орбиталь образуется за счет деструктивного перекрывания и обычно остается незаполненной в основном состоянии молекулы. В молекуле HCl связь также характеризуется значительной полярностью из-за разницы в электроотрицательности водорода и хлора.