1.8 The covalent bondNow let us con

1.8 The covalent bond

Now let us consider the formation of a molecule. For convenience we shall picture this as happening by the coming together of the individual atoms, although most molecules are not actually made this way. We make physical models of molecules out of wooden or plastic balls that represent the various atoms; the location of holes or snap fasteners tells us how to put them together. In the same way. we shall make mental models of molecules out of mental atoms; the location of atomic orbitals—some of them imaginary—will tell us how to put these together.
For a covalent bond to form, two atoms must be located so that an orbital of one overlaps an orbital of the other; each orbital must contain a single electron. When this happens, the two atomic orbitals merge to form a single bond orbital which is occupied by both electrons. The two electrons that occupy a bond orbital must have opposite spins, that is, must be paired. Each electron has available to it the entire bond orbital, and thus may be considered to "belong to" both atomic nuclei.
This arrangement of electrons and nuclei contains less energy—that is, is more stable— than the arrangement in the isolated atoms; as a result, formation of a bond is accompanied by evolution of energy. The amount of energy (per mole) that is given off when a bond is formed (or the amount that must be put in to break the bond is called the bond dissociation energy. For a given pair of atoms, the greater the overlap atomic orbitals, the stronger the bond.
What gives the covalent bond its strength? It is the increase in electrostatic attraction. In the isolated atoms, each electron is attracted by—and attracts—one positive nucleus; in the molecule, each electron is attracted by two positive nuclei.
It is the concept of " overlap " that provides the mental bridge between atomic orbitals and bond orbitals. Overlap of atomic orbitals means that the bond orbital occupies much of the same region in space that was occupied by both atomic orbitals. Consequently, an electron from one atom can, to a considerable extent, remain in its original, favorable location with respect to " its " nucleus, and at the same time occupy a similarly favorable location with respect to the second nucleus; the same holds, of course, for the other electron.
The principle of maximum overlap, first stated in 1931 by Linus Pauling (at the California Institute of Technology), has been ranked only slightly below the exclusion principle in importance to the understanding of molecular structure.
As our first example, let us consider the formation of the hydrogen molecule, H2, from two hydrogen atoms. Each hydrogen atom has one electron, which occupies the Is orbital. As we have seen, this Is orbital is a sphere with its center at the atomic nucleus. For a bond to form, the two nuclei must be brought closely enough together for overlap of the atomic orbitals to occur (Fig. 1.3). For hydrogen, the system is most stable when the distance between the nuclei is 0.74 A; this distance is called the bond length. At this distance the stabilizing effect of overlap is exactly balanced by repulsion between the similarly charged nuclei. The resulting hydrogen molecule contains 104 kcal/mol less energy than the hydrogen atoms from which it was made. We say that the hydrogen-hydrogen bond has a length of 0.74 A and a strength of 104 kcal





Figure 1.3 Bond formation: H2 molecule, (a) Separate s orbitals. (b) Overlap of s orbitals. (c) and (d) The a bond orbital.

This bond orbital has roughly the shape we would expect from the merging of two s orbitals. As shown in Fig. 1.3, it is sausage-shaped, with its long axis lying along the line joining the nuclei. It is cylindrically symmetrical about this long axis; that is, a slice of the sausage is circular. Bond orbitals having this shape are called a orbitals (sigma orbitals) and the bonds are called a bonds. We may visualize the hydrogen molecule as two nuclei embedded in a single sausage-shaped electron cloud. This cloud is densest in the region between the two nuclei, where the negative charge is attracted most strongly by the two positive charges.
The size of the hydrogen molecule—as measured, say, by the volume inside the 95% probability surface—is considerably smaller than that of a single hydrogen atom.
Although surprising at first, this shrinking of the electron cloud is actually what would be expected. It is the powerful attraction of the electrons by two nuclei that gives the molecule greater stability than the isolated hydrogen atoms; this must mean that the electrons are held tighter, closer, than in the atoms.
Next, let us consider the formation of the fluorine molecule, F2, from two fuorine atoms. As we can see from our table of electronic configurations (Table 1.1), a fluorine atom has two electrons in the 1s orbital, two electrons in the 2s orbital, and two electrons in each of two 2p orbitals. In the third 2p orbital there is a single electron which is unpaired and available for bond formation. Overlap of this p orbital with a similar p orbital of another fluorine atom permits electrons to pair and the bond to form (Fig. 1.4). The electronic charge is concentrated between the two nuclei, so that the back lobe of each of the overlapping orbitals shrinks to


(a)
OGDO б'Оо
(b) (c)
Figure 1.4 Bond formation: F2 molecule, (a) Separateporbitals. (ft)Overlap of p orbitals. (c) The a bond orbital.

a comparatively small size. Although formed by overlap of atomic orbitals of a different kind, the fluorine-fluorine bond has the same general shape as the - > hydrogen -hydrogen bond, being cylindrically symmetrical about a line joining the nuclei; it, too, is given the designation of a bond. The fluorine-fluorine bond has . length of 1.42 A and a strength of about 38 kcal.
As the examples show, a covalent bond results from the overlap of two atomic orbitals to form a bond orbital occupied by a pair of electrons. Each kind of covalent bond has a characteristic length and strength.

1.9 Hybrid orbitals: sp

Let us next consider beryllium chloride, BeCl2.
Beryllium (Table 1.1) has no unpaired electrons. How are we to account for its combining with two chlorine atoms? Bond formation is an energy-releasing

stabilizing) process, and the tendency is to form bonds—and as many as possible— oen if this results in bond orbitals that bear little resemblance to the atomic orbitals we have talked about. If our method of mental molecule-building is to be applied here, it must be modified. We must invent an imaginary kind of beryllium нош. one that is about to become bonded to two chlorine atoms.
To arrive at this divalent beryllium atom, let us do a little electronic book¬keeping. First, we "promote" one of the 2s electrons to an empty p orbital:



This provides two unpaired electrons, which are needed for bonding to two chlorine
atoms. We might now expect beryllium to form one bond of one kind, using the p
orbital, and one bond of another kind, using the s orbital. Again, this is contrary
to fact: the two bonds in beryllium chloride are known to be equivalent.
Next, then, we hybridize the orbitals. Various combinations of one s orbital



and one p orbital are taken mathematically, and the mixed (hybrd) orbitals with
the greatest degree of directional character are found (Fig. 1 .5).

Результаты (русский) 1:

1.8 ковалентная связьТеперь давайте рассмотрим формирование молекулы. Для удобства мы будем рисунок это как происходит сближение отдельных атомов, хотя большинство молекул не являются на самом деле сделал таким образом. Мы делаем физические модели молекул из деревянных или пластиковых шаров, которые представляют различные атомы; расположение отверстий или пристегнуть рассказывает нам, как поставить их вместе. Таким же образом. Мы сделаем ментальные модели молекул из атомов психического; Расположение атомных орбиталей — некоторые из них мнимой — расскажет нам, как поставить их вместе.Для ковалентной связи в форме два атома должен быть расположен так, что орбитальная одного перекрывает круговым другого; Каждая орбиталь должна содержать один электрон. Когда это произойдет, два атомных орбиталей сливаются орбитальных сингл Бонд, который занимают обоих электронов. Двух электронов, которые занимают орбиталь Бонд должен иметь противоположные спины, то есть, должна быть в паре. Каждый электрон имеет для него весь Бонд орбитального и таким образом может считаться «принадлежать» оба атомных ядер.Это расположение электронов и ядер содержит меньше энергии — то есть, является более стабильной — чем композиция в изолированных атомов; в результате формирования связки сопровождается эволюции энергии. Количество энергии (в моль), что дается от когда облигации формируется (или сумма, которую должен быть помещен в разорвать связь называется энергией диссоциации Бонд. Для данной пары атомов, тем больше перекрытия атомных орбиталей, тем сильнее связь.Что дает ковалентную связь его сила? Это увеличение электростатического притяжения. В изолированных атомов, каждый электрон привлекает — и привлекает — одно положительное ядро; в молекуле каждый электрон привлекает два положительных ядер.Это понятие «перекрытия», обеспечивает психическое мост между атомных орбиталей и Бонд орбиталей. Перекрытия атомных орбиталей означает, что Бонд орбиталь занимает большую часть того же региона в пространстве, которая была оккупирована оба атомных орбиталей. Следовательно электронов от одного атома можно, в значительной степени остаются в его оригинальные, благоприятное расположение относительно «своей» ядро и в то же время занимают также выгодное расположение относительно второго ядра; Конечно, то же самое для других электронов.Принцип максимального параллелизма, впервые сформулирован в 1931 году Лайнус Полинг (в Калифорнийском технологическом институте), занимает лишь незначительно ниже принцип исключения в значение для понимания молекулярной структуры.Нашего первого примера давайте рассмотрим образование молекулы водорода Н2, от двух атомов водорода. Каждый атом водорода имеет один электрон, который занимает это орбиты. Как мы уже видели, это орбитальный сфера с центром в атомном ядре. Для Бонда к форме два ядра должны быть преданы достаточно тесно вместе для перекрытия атомных орбиталей происходит (рис. 1.3). Для водорода система является наиболее стабильным, когда расстояние между ядрами 0,74 A; Это расстояние называют длину Бонд. На этом расстоянии стабилизирующий эффект перекрытия точно уравновешивается отталкивания между аналогичным образом заряженных ядер. Результате молекулы водорода содержит 104 ккал/моль меньше энергии, чем атомы водорода, из которых оно было сделано. Мы говорим, что водород водородная связь имеет длину 0,74 A и прочность 104 ккал Рисунок 1.3 Бонд формирования: H2 молекулы, (a) отдельный s-орбитали. (b) перекрытия s-орбитали. (c) и (d) Бонд орбиталь.Этот Бонд орбиталь имеет примерно форму, которую мы ожидаем от слияния двух s-орбиталей. Как показано на рис. 1.3, это колбаса образный, с ее длинной оси, вдоль линии, соединяющей ядра. Цилиндрически симметрична об этой длинной оси; то есть ломтик колбасы является циклическим. Бонд орбиталей, имеющих эту форму называют орбиталей (сигма-орбитали) и облигации называются облигации. Мы может визуализировать молекулы водорода как два ядра, встроенных в облаке одиночного электрона колбасный. Это облако плотной в регионе между двумя ядрами, где отрицательный заряд привлекает наиболее сильно двух положительных зарядов.Размер молекулы водорода — как измерить, скажем, на объем внутри поверхности 95% вероятности — значительно меньше, чем атома одного водорода.Хотя удивительно, во-первых, это сжатие облака электронов является на самом деле то, что было бы ожидать. Это мощный притяжение электронов двумя ядрами, что дает большую стабильность молекулы чем изолированные водородных атомов; Это должно означать, что электроны проводятся жесткие, ближе, чем в атомы.Далее давайте рассмотрим формирование молекулы фтора F2, от двух fuorine атомов. Как мы видим из нашей таблицы электронных конфигураций (таблица 1.1), атом фтора имеет два электрона в орбитальных 1s, двух электронов в орбитальных 2s и двух электронов в каждой из двух 2p-орбиталей. В третьего 2p-орбиталь находится один электрон, который является формирование непарных и доступны для Бонда. Перекрытие этого орбитального p с аналогичными орбиталь p другой фтора атом разрешений электронов к паре и Бонд форму (рис. 1.4). Электронный заряд сконцентрирован между двух ядер, так что задней доле каждого из перекрывающихся орбиталей уменьшается (a)АКСЁНОВА Б ' ОО(b) (c)Рисунок 1.4 связь формирования: молекулы F2, () Separateporbitals. (ft) Перекрытие p-орбиталей. (c Бонд орбиталь.сравнительно небольшой размер. Хотя образована путем перекрытия атомных орбиталей разного рода, Бонд фтора фторопласт имеет же общей формы > водорода-водородную связь, будучи цилиндрически симметричным относительно линии, соединяющей ядра; Она, тоже, дается обозначение облигации. Бонд фтора фторопласт имеет. Длина 1.42 A и прочность около 38 ккал.Как показывают примеры, ковалентная связь является результатом совпадения двух атомных орбиталей в форме облигаций орбитальных занята парой электронов. Каждый вид ковалентной связи имеет характерные длины и прочности.1.9 гибридные орбитали: spДавайте Далее рассмотрим Хлорид бериллия, BeCl2.Бериллий (таблица 1.1) имеет нет неспаренных электронов. Как же нам приходится его сочетание с двумя атомами хлора? Формирование Бонд является освобождение энергии процесс стабилизации) и тенденция заключается в форме облигаций — и как можно больше — ШС, если это приводит Бонда орбитали, которые имеют мало общего с атомных орбиталей, мы говорили о. Если наш метод психического молекулы-здания здесь применить, он должен быть изменен. Мы должны изобретать воображаемые виды нош бериллия. один, который должен стать связан с двумя атомами хлора.Прибыть на этот атом двухвалентной бериллия, давайте сделаем немного электронных book¬keeping. Во-первых, мы «содействовать» один из 2s электронов в пустую орбиталь p: Это обеспечивает два неспаренных электронов, которые необходимы для склеивания двух хлораатомы. Мы теперь можем ожидать бериллия для формирования одной облигации одного вида, с помощью pОрбиталь и одну облигацию другого рода, с использованием орбитальных s. Опять же это наоборотфакт: две облигации в Хлорид бериллия, как известно для быть эквивалентны.Далее затем мы гибридизируйте орбиталей. Различные комбинации один с орбиты и одна p-орбиталь принимаются математически и смешанные (hybrd) орбиталей св наибольшей степени направленного характера встречаются (рис. 1.5).

Результаты (русский) 2:

1.8 ковалентной связью Теперь рассмотрим образование молекулы. Для удобства мы будем представить это как происходит с сближение отдельных атомов, хотя большинство молекул на самом деле не сделал этот путь. Мы физических моделей молекул из деревянных или пластиковых шаров, которые представляют различные атомы; расположение отверстий или защелками рассказывает нам, как поставить их вместе. Таким же образом. мы будем ментальные модели молекул вне психических атомов; расположение атомных орбиталей-некоторые из них мнимого скажет нам, как поставить их вместе. Для ковалентной связью, образуя два атома должен быть расположен таким образом, что орбитали одного перекрывает орбитали другого; каждый орбитальный должно содержать один электрон. Когда это происходит, две атомные орбитали, сливаясь, образуют единый связь орбитального которая занята обоих электронов. Два электрона, занимающие связь орбитального должны иметь противоположные спины, то есть должны быть в паре. Каждый электрон имеет в его распоряжении весь связи орбитали, и, таким образом, может рассматриваться как "принадлежат" оба атомных ядер. Такое расположение электронов и ядер содержит меньше энергии, то есть более, чем stable- расположения в изолированных атомов; В результате, образование связи сопровождается выделением энергии. Количество энергии (на моль), который выделяется при связь образуется (или сумма, которая должна быть положить в разорвать связь называется энергия диссоциации связи. Для данной пары атомов, больше перекрытие атомных орбиталей ., сильнее связь Что дает ковалентная свою силу Это увеличение электростатического притяжения в изолированных атомов, каждый электрон притягивается-и привлекает один позитивный ядро;?. в молекуле, каждый электрон притягивается двумя положительных ядер. Это понятие "перекрытия", что обеспечивает психическое мост между атомных орбиталей и орбитали облигаций. Перекрытие атомных орбиталей означает, что связь орбитального занимает большую часть той же области пространства, что был занят обеими атомных орбиталей. Следовательно, электронов от одного атома может, в значительной степени, остается в своем первоначальном, выгодному расположению по отношению к "ее" ядро, и в то же время занимают аналогично выгодное расположение по отношению к второму ядра; то же самое, конечно , для другого электрона. Принцип максимального перекрывания, сначала заявил в 1931 году Лайнус Полинг (в Калифорнийском технологическом институте), занимает первое место лишь немного ниже принципа запрета в значение для понимания молекулярной структуры. В качестве первого примера Рассмотрим формирование молекулы водорода, Н2, из двух атомов водорода. Каждый атом водорода имеет один электрон, который занимает орбитальный. Как мы уже видели, это орбитали сфера с центром в атомном ядре. Для связи с образованием, два ядра, должны быть привлечены достаточно близко вместе перекрытия атомных орбиталей происходит (рис. 1.3). Для водорода, система является наиболее стабильным, когда расстояние между ядрами составляет 0,74; Это расстояние называется длина связи. На этом расстоянии стабилизирующий эффект перекрытия точно сбалансирован отталкивания между одинаково заряженных ядер. Полученную молекула водорода содержит 104 ккал / моль меньше энергии, чем атомы водорода, из которого он был сделан. Мы говорим, что водород водородная связь имеет длину 0,74 А и прочность 104 ккал формирования Рисунок 1.3 Бонд: H2 молекулы, (а) Отдельные лет орбиталей. (Б) Перекрытие сек орбиталей. (С) и (d) связь орбитали. Эта связь орбитального имеет примерно форму можно было бы ожидать от слияния двух сек орбиталей. Как показано на фиг. 1.3, это колбаса-образный, с его длинной оси, лежащей вдоль линии, соединяющей ядра. Это цилиндрической симметрией относительно этой длинной оси; то есть, кусочек колбасы круговой. Орбитали, имеющие облигаций эту форму называют орбиталей (Sigma) и орбиталей облигации называются облигации. Мы можем представить себе молекулу водорода в качестве двух ядер, погруженных в одной колбасы в форме электронного облака. Это облако в густых в области между двумя ядрами, где отрицательный заряд притягивается сильнее двумя положительными зарядами. Размер молекулы водорода, как измерено, например, по объему внутри вероятностью 95% поверхности, значительно меньше, чем у одного атома водорода. Хотя удивительно, во-первых, это сжатие электронного облака на самом деле то, что можно было бы ожидать. Это мощный притяжение электронов по два ядра, что дает молекуле большую стабильность, чем изолированных атомов водорода; это должно означать, что электроны удерживаются сильнее, ближе, чем в атомах. Затем рассмотрим формирование молекулы фтора, F2, от двух атомов fuorine. Как мы видим из нашей таблицы электронных конфигураций (таблица 1.1), атом фтора имеет два электрона в 1с орбитальные два электрона в 2s орбитальных и двух электронов в каждой из двух 2р-орбиталей. В третьем 2р орбитали существует один электрон, который непарный и доступны для образования связи. Перекрытие этого р орбитальной с аналогичным р-орбитали фтора еще разрешений атом электронов пары и связи с образованием (рис. 1.4). Электронный заряд сосредоточен между двумя ядрами, так что задняя лопасть каждой из перекрывающихся орбиталей сокращается до (а) OGDO б'Оо (б) (в) Рисунок 1.4 Bond образование: F2 молекулы, (с) Separateporbitals. (Футы) Перекрытие р-орбиталей. (С) связь орбитали. сравнительно небольшой размер. Хотя формируется перекрытия атомных орбиталей разного рода, фтор-фтор облигаций имеет ту же общую форму, как -> водорода -пероксид связи, будучи цилиндрической симметричной относительно линии, соединяющей ядра; это тоже дается обозначение облигации. Фтор-фтор облигаций имеет. Длина 1,42 А и прочность около 38 ккал. Как показывают примеры, а результаты ковалентную связь с перекрытием двух атомных орбиталей с образованием связи орбитали занимают пары электронов. Каждый вид ковалентной связи имеет характерную длину и прочность. 1.9 Гибридные орбитали: SP Рассмотрим теперь хлорид бериллия, BeCl2. Бериллий (Таблица 1.1) не имеет неспаренных электронов. Как же объяснить его объединения с двумя атомами хлора? Формирование Бонд энергии выпуская стабилизации) процесс, и тенденция к образованию связей и-так много, как возможно- OEN если это приводит к орбиталей облигаций, которые имеют мало общего с атомных орбиталей мы говорили. Если наш метод психического молекулы потенциала должен быть применен здесь, он должен быть изменен. Мы должны придумать воображаемую вид бериллия нош. который собирается стать связан с двумя атомами хлора. Чтобы прийти к этому двухвалентный атом бериллия, давайте сделаем небольшой электронный book¬keeping. Во-первых, мы "содействие" один из 2s-электронов в пустую р орбитальной: Это обеспечивает два неспаренных электронов, которые необходимы для склеивания двух хлора атомами. Теперь мы могли бы ожидать бериллия, чтобы сформировать одну облигацию одного вида, используя р орбитали, и одна связь другого рода, используя с орбитали. Опять же, это противоречит тому, чтобы:. две связи в хлорида бериллия, как известно, эквивалентно Далее, а затем, мы гибридизуются орбитали. Различные комбинации One S орбитальных и один р орбитальных взяты математически, и смешанных (hybrd) орбиталей с наибольшей степенью направленного характера встречаются (рис. 1 .5).

Результаты (русский) 3:

1.8 ковалентный

давайте рассмотрим теперь формирования молекул.Для удобства, мы будем это фото в будущем вместе в качестве отдельных атомов и молекул происходит, хотя большинство фактически не делал.Мы с деревянными или пластиковый мяч от имени различных атомная и молекулярная физика модели;дыры или веточка позиции сказать, как мы их вместе.Аналогичным образом.мы будем с психологической атомная и молекулярная психологической модели; атомная орбиталь позиции, некоторые из них представить себе скажу, как мы их вместе с.
Ковалентные связи, необходимо будет двух атомов совпадают позиции, другие орбиты орбиты;каждый трек должен содержать один электрон.когда это происходит, два атомных орбит объединены в единое орбиты состоит из электроны занимают.два электронных занимают с орбиты должны, напротив, Спин, а именно, должны в паре.Каждый электрон предоставляет всю его орбиты, поэтому можно считать "принадлежит"
атомного ядра.