5) Гибридизация атомных орбиталей:

При рассмотрении ковалентных химических связей нередко используют понятие о гибридизации орбиталей центрального атома - выравнивание их энергии и формы. Гибридизация является формальным приемом, применяемым для квантово-химического описания перестройки орбиталей в химических частицах по сравнению со свободными атомами. Сущность гибридизации атомных орбиталей состоит в том, что электрон вблизи ядра связанного атома характеризуется не отдельной атомной орбиталью, а комбинацией атомных орбиталей с одинаковым главным квантовым числом. Такая комбинация называется гибридной (гибридизованной) орбиталью. Как правило, гибридизация затрагивает лишь высшие и близкие по энергии атомные орбитали, занятые электронами.В результате гибридизации появляются новые гибридные орбитали, которые ориентируются в пространстве таким образом, чтобы расположенные на них электронные пары (или неспаренные электроны) оказались максимально удаленными друг от друга, что соответствует минимуму энергии межэлектронного отталкивания. Поэтому тип гибридизации определяет геометрию молекулы или иона.

ТИПЫ ГИБРИДИЗАЦИИ

Тип гибридизации	Геометрическая форма	Угол между связями	Примеры
sp	линейная	180o	BeCl2
sp2	треугольная	120o	BCl3
sp3	тетраэдрическая	109,5o	CH4

Пространственная структура молекул.Так как АО (атомных орбиталей) ориентированы в пространстве, то и ковалентная связь характеризуется направленностью. -связь - это связь, образованная перекрыванием АО по линии, соединяющей ядра взаимодействующих атомов, -связь возникает при перекрывании s-s, s-p, р-р и d-d орбиталей; обычно она охватывает два атома и является локализованной двухцентровой связью. -связь образована перекрыванием АО по обе стороны линии, соединяющей ядра атомов, может образовываться при р-р, р-d, d-d, f-p, f-d и f-f орбиталей.-связь образуется при перекрывании d-орбиталей всеми четырьмя лепестками, то есть при перекрывании d-орбиталей, находящихся в параллельных плоскостях.- и - связи могут налагаться на -связь с образованием кратных связей (двойных и тройных). Например, в молекулах С₂Н₄, СО₂ имеются двойные связи СН₂=СН₂, О=С=О; в молекулах С₂Н₂, N₂ - тройная связь: СН≡СН, N ≡ N.Гибридизация АО (атомных орбиталей). При образовании молекул происходит изменение формы и энергии АО. Вместо неравноценных, например, s- и р- орбиталей в молекуле метана СН₄ образуются равноценные (гибридные, смешанные) орбитали, имеющие одинаковую форму и энергию. При образовании гибридных связей выделяется больше энергии, энергия системы понижается и образованная молекула более устойчива.Гибридизация АО приводит к более симметричному распределению электронной плотности в молекуле. s-р -гибридизация дает две гибридные орбитали, расположенные под углом 180°. Смешение одной s и двух р-орбиталей (sр²-гибридизация) приводит к образованию трех гибридных орбиталей, расположенных друг к другу под углом 120°. sр³ - гибридизация дает четыре связи, расположенные под углом 109°28^/, то есть образующие тетраэдр.

Полярность молекул - Способность молекулы нести положительный и отрицательный заряды. Увеличение электронной плотности в одной части молекулы приводит к тому, что данная часть молекулы несет отрицательный заряд, в то время как другая часть, с пониженной плотностью электронов, — заряд положительный. Области концентрации зарядов в молекуле называются полюсами, а сами молекулы — полярными. Полярная молекула с двумя полюсами (положительным и отрицательным) носит название диполь (от греч. di «два», polos «полюс»). Вещество, образованное полярными молекулами, также является полярным. Полярность обусловливает многие физико-химические свойства веществ, в том числе и косметического сырья, такие как, например смешиваемость, способность к эмульгированию и т. п. Полярность молекул также служит условием взаимодействия между молекулами компонентов косметического средства и клеточными мембранами кожи. Благодаря этому она становится одной из важнейших характеристик косметического сырья.

Дипольный момент молекул - Идеальная ковалентная связь существует лишь в частицах, состоящих из одинаковых атомов (Н₂, N₂ и т.д.). Если образуется связь между различными атомами, то электронная плотность смещается к одному из ядер атомов, то есть происходит поляризация связи. Характеристикой полярности связи служит ее дипольный момент.Дипольный момент молекулы равен векторной сумме дипольных моментов ее химических связей (с учетом наличия неподеленных пар электронов). Если полярные связи расположены в молекуле симметрично, то положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга, и молекула в целом является неполярной. Так происходит, например, с молекулой диоксида углерода. Многоатомные молекулы с несимметричным расположением полярных связей (и, следовательно, электронной плотности) являются в целом полярными. Это относится, в частности, к молекуле воды.

Типы взаимодействия между молекулами - ковалентная, ионная и метал­лическая

Ван-дер-ваальсово взаимодействие (межмолекулярная связь) – наиболее универсальный вид межмолекулярной связи, обусловлен дисперсионными силами (индуцированный диполь – индуцированный диполь), индукционным взаимодействием (постоянный диполь – индуцированный диполь) и ориентационным взаимодействием (постоянный диполь – постоянный диполь). Энергия ван-дер-ваальсовой связи меньше водородной и составляет 2–20 кДж∙моль^–1.

Влияние межмолекулярного взаимодействия на свойства веществ.Для системы, состоящей более чем из двух молекул, полная энергия межмолекулярных взаимодействия отличается от суммы парных взаимодействий (неаддитивность). Так, при взаимодействие трех частиц А, В, С энергию межмолекулярных взаимодействий можно записать в след. виде: где первые три слагаемых представляют собой энергии парных межмолекулярных взаимодействий, а последний член-энергию тройного межмолекулярного взаимодействия, которое обусловливает отступление от аддитивности. Влияние многочастичных взаимодействие на свойства веществ обнаруживается экспериментально даже в случае инертных газов. Например, равновесные расстояния различны в димерах (в газовой фазе) и в кристаллах вследствие неаддитивности обменной и дисперсионной энергий (электростатическая энергия межмолекулярные взаимодействия всегда аддитивна). Наиболее заметно влияние многочастичных взаимодействие для комплексов полярных молекул и для ион-молекулярных комплексов.