Cum funcționează de fapt legătura covalentă?

În chimia fizică, această problemă este tratată de obicei în teoria MO-LCAO.

Ceea ce faci este să presupui că puteți crea orbitalii moleculari ai moleculei ca o combinație liniară orbitalii atomici ai atomilor din moleculă (MO-LCAO înseamnă Molecular Orbitals – Linear Combination of Atomic Orbitals ). Prin urmare, orbitalii dvs. atomici sunt o bază matematică pe care vă proiectați (folosind unii coeficienți) orbitalii moleculari. Problema este simplificată în continuare dacă considerați că orbitalii atomici care se vor combina împreună ar trebui să aibă același caracter pentru operațiile de simetrie posibile pentru acea moleculă (înseamnă că fiecare combinare orbitală atomică ar trebui să aparțină aceluiași grup de puncte, în o rder pentru ca combinațiile lor liniare să aparțină acelui grup). Prin urmare, puteți crea SALC ( Symmetry Adapted Linear Combinations ), combinații liniare de orbitali atomici din același grup de puncte și le puteți folosi ca o bază matematică mai puternică setată pentru orbitalii moleculari.

Afirmat acest lucru, puteți calcula coeficienții combinației liniare și energia fiecărui orbital molecular. Ceea ce obțineți este un anumit număr de niveluri (același număr de orbitalii atomici considerați în setul de bază) ordonat în funcție de energia lor. Acum puteți distinge între trei tipuri de orbitali moleculari:

• lipire , orbitalele atomice interferează în mod constructiv în regiunea dintre cei doi atomi;

• antibonding , orbitalele atomice interferează distructiv în regiunea dintre cei doi atomi;

• fără legătură , orbitalul molecular este aproape identic cu un orbital atomic (coeficientul unui anumit orbital atomic este mult mai mare decât celelalte).

Puteți distinge (la un nivel foarte de bază) între ele reprezentând orbitalii atomici implicați și semnul lor în regiunea dintre atomi: dacă au același semn, se leagă, altfel sunt anti-legături. (Vă rugăm să rețineți că, făcând acest lucru, uit de magnitudinea coeficientului, care ar trebui să fie relevant în majoritatea cazurilor.)

Acum aveți un fel de „scară” de orbitali moleculari și știți dacă fiecare pas se leagă sau nu . Acum puteți pune electronii (același număr ca suma electronilor pe care ați făcut-o în orbitalele atomice pe care le-ați folosit în baza dvs.) așa cum ați făcut pentru atomii izolați: de jos în sus, doi electroni în fiecare nivel, rotire antiparalelă și așa mai departe (aceleași reguli, de asemenea, dacă aveți mai multe niveluri la aceeași energie).

Acum puteți reveni la un cadru chimic clasic folosind așa-numitul ordin de legătură : $$ BO = 1/2 (nn ^ *) $$ unde $ n $ este numărul de electroni din orbitalele care leagă și $ n ^ * $ este numărul de electroni din orbitalele anti-legătură (orbitalele care nu sunt legate doar nu contează). ordinea legăturilor indică (dacă este un număr întreg) câte legături reprezentăm într-o imagine clasică, revenind astfel la conceptul de regulă octet.

De fapt, luați în considerare învelișul de valență al oxigenului. de către orbitalele atomice $ 2s $, $ 2p_x $, $ 2p_y $, $ 2p_z $ și conține șase electroni. Prin combinarea acestora (și ignorând interacțiunea dintre $ 2s $ și $ 2p_z $, acest lucru ar putea fi posibil și asta se modifică doar energia acestor orbitali moleculari) obțineți $ 4 \ ori 2 $ orbitali moleculari (vârful * înseamnă că sunt anti-legați).

Aleșii ronii pentru oxigen sunt negri (cei roșii se adaugă atunci când se ia în considerare molecula F $ _2 $).

Orbitalii moleculari care leagă dintr-o carcasă de acest tip sunt patru, de aceea totalul electronilor care leagă sunt opt. Aici vine regula octetului, dar acest tip de raționament încearcă să încadreze un mod empiric și greșit de raționament într-un cadru mai puternic și cuantic.

Vă rugăm să rețineți că răspunsul meu este dintr-un punct de vedere cu adevărat introductiv și de bază; lucrurile, pornind de la aceasta, pot deveni mult mai complicate.

Comentarii

• Vă mulțumim pentru răspuns! Ceea ce ‘ ați spus are sens, dar încă nu ‘ nu înțeleg cum conduce aceasta la regula octetului. Odată ce am calculat ordinea de legătură, de ce atomii ajung cu octeți?
• @knzhou Am ‘ modificat pentru a încerca să răspund cu un exemplu mai specific (și a fost corectată o greșeală în definiția comenzii de obligațiuni).
• @knzhou Regula octect este greșită. Există o mulțime de excepții. Regula octetului a fost propusă cu mult înainte de stabilirea fundamentului mecanicii cuantice ‘.
• Acest lucru are mult sens. Aveți experiență directă simulând orbitali în molecule? Motivul pentru care îl întreb este că, atunci când sunt simulate ghidurile de undă optice cuplate, se face adesea o aproximare că câmpurile proprii ale structurii cuplate sunt combinații liniare ale câmpurilor proprii ale ghidului de undă decuplat – analogul direct al MO-LCAO. Într-adevăr, problemele funcției proprii ale ghidului de undă sunt exact analoage cu problemele corespunzătoare Sturm-Liouville care derivă din ecuațiile drel non-relativiste Schr ö Acest lucru este frumos pentru concepție, dar ‘ o aproximare urâtă imediat ce cuplarea …
• … este deloc puternică. Ghidurile de undă trebuie să fie cuplate surprinzător de slab pentru ca acestea să fie corecte. Aveți vreo apreciere a acurateței MO-LCAO pentru, să zicem, ceva de genul moleculei $ O_2 $?

Regula octetului este veche și nu este exactă (nu are nimic de-a face cu mecanica cuantică și este susținută doar de dovezi” empirice „)

Regula octetului a fost propusă cu mult înainte de stabilirea bazelor mecanicii cuantice.

Iată un fragment din Wikipedia:

Regula octetului este o regulă chimică care reflectă observația că atomii din elementele grupului tind să se combine în așa fel încât fiecare atom să aibă opt electroni în coaja sa de valență, oferindu-i aceeași configurație electronică ca un gaz nobil. Regula se aplică în special carbonului, azotului, oxigenului și halogenilor, dar și metalelor precum sodiul sau magneziul.

Sursa: https://en.wikipedia.org/wiki/Octet_rule

Punctele importante de remarcat aici sunt:

• ” o regulă chimică generală care reflectă observația „: stabilită numai pe baza observațiilor
• Regula este mai ales aplicabil pentru carbon, azot, oxigen și halogeni, dar și pentru metale precum sodiu sau magneziu : funcționează pentru majoritatea compușii formați doar din elementele primelor perioade ale tabelului periodic.

Nu numai că există mai multe excepții la regulă atunci când sunt luați în considerare atomii peste numărul atomic 20, există excepții la regulă atunci când sunt considerate și unele elemente din perioadele inferioare ( nu o surpriză):

• există atomi stabili care au o coajă de valență umplută incomplet, dar care sunt încă stabili ($ BCl_3 $, un fenomen numit back backing joacă un rol aici care asigură octet momentan pentru bor atom)
• există atomi stabili cu număr impar de electroni (oxid azotic, $ NO $; dioxid de azot, $ NO_2 $; dioxid de clor, $ ClO_2 $)
• există stabil atomi cu mai mult de 8 electroni de valență ($ SF_6 $ are 12 electroni care înconjoară atomul central, adică: sulf)

Pentru a pune totul pe scurt, regula octetului este nu corect.

---

Cum funcționează regula octetului?

În clasa chimică s, în jurul valorii de acest lucru prin „dublă numărare” electroni legați covalent – cumva, ei pot conta ca electroni de valență pe doi atomi simultan. Dar cum poate fi un singur electron în două stări cuantice simultan?

Regula octetului afirmă că atomii tind să formeze molecule astfel încât să aibă 8 electroni în coaja lor de valență. Nu contează dacă electronul este o pereche solitară (sau un electron radical) sau dacă este un electron legat; oricare ar fi tipul de electron, poate fi încă o parte a atomului.

Nu contează dublu, contorizezi toți electronii împărtășiți pentru că fac parte din atom. După cum se spune și numele, electronii sunt partajate; prin urmare, electronii partajați sunt incluși în timpul numărării.

---

De ce mai folosim regula octetului astăzi?

Încă folosim regula octetului astăzi, deoarece este mai ușor de înțeles și descrie comportamentul majorității compușilor comuni (compușii formați din primele elemente). „Nu doriți teoria orbitală moleculară într-un manual de 10 $ ^ {th} $, nu-i așa?

---

Teoria orbitală moleculară

Aceasta este cea mai recentă teorie care explică formațiunile de legături. JackI a dat o explicație concisă și îngrijită a teoriei orbitale moleculare.

Comentarii

• Am un fișier pe care îl numesc ” colecție de molecule ” – majoritatea moleculelor sunt selectate pentru a fi ciudate (ca în cazul în care nu respectă regula octetului, de exemplu), mari sau doar plăcute din punct de vedere estetic. Am început-o parțial pentru că mi-a plăcut faptul că multe geometrii moleculare ciudate se pot forma din regula octetului – în unele cazuri chiar și fără carbon implicat, așa cum se poate vedea în en. wikipedia.org/wiki/Decaborane . Și căutam această întrebare pentru că bănuiam că regula octetului ar fi putut fi doar o regulă care nu ‘ funcționează atât de bine, dar evită teoria orbitalelor moleculare. Bine de știut.