3.2.2. Ковалентні о- і я-зв'язки

Залежно від способу перекриття атомних орбіталей розрізня­ють ковалентні зв'язки двох типів: а- (грец. «сігма») і я- (грец. «пі») зв'язки. а-Зв'язки утворюються внаслідок перекриття атомних (5, р, сі) і гібридних (зр³, зр¹, зр) орбіталей уздовж лінії, яка з'єднує ядра атомів (о-перекриття) (рис. 3.4).

Максимальна електронна густина при а-перекритті знаходиться на осі, що з'єднує два ядра.

Хімічний зв'язок

_££^. ООО СХХХВ

а б в

г ґ

Рис.3.4. Схема перекриття атомних орбіталей при утворенні ст-зв'язку: а) тип 5-і; б) з-р; в) р-р; г) з-зр¹; ґ) зр^-зр³

У більшості органічних сполук а-зв'язки утворюються перева­жно за рахунок перекриття гібридних зр³-, зр²- і 5^-орбіталей, які є енергетично вигіднішими та забезпечують більш ефективне пе­рекриття (рис. 3.5). У молекулі етану (С₂Н₆) а-зв'язки С—Н утво­рюються внаслідок осьового я-5/?³-перекриття, а а-зв'язок С—С — за рахунок 5р³-5р³-перекриття орбіталей. Завдяки тому, що макси­мальна електронна густина при а-перекритті зосереджена в прос­торі між ядрами атомів, а-зв'язок міцний.

Н Н |. |. Н-г-С-^С-^Н

|а |о

Н Н

етан

Рис.3.5. Схема утворення а-зв'зків у молекулі етану

Поряд з перекриттям атомних орбіталей уздовж осі, що з'єд­нує ядра атомів, існує так зване бокове перекриття атомних ор­біталей. У ньому беруть участь тільки паралельно розташовані р-атомні орбіталі. Бокове перекриття р-орбіталей називають я-пе-рекриттям, а зв'язок, що утворюється,— я-зв'язком (рис. 3.6, а).

Максимальна електронна густина я-зв'язку сконцентрована у двох областях — вище і нижче осі, що з'єднує ядра атомів. Тому я-зв'язок є більш слабким, ніж а-зв'язок. я-Зв'язок утворюється лише між атомами, які знаходяться в зр²- і яр-гібридному стані (рис. 3.6, б).

У молекулі етилену (С₂Н₄) (рис. 3.6, б) електронні хмари атомів Карбону перебувають у я/^-гібридному стані. а-Перекриття трьох гібридизованих орбіталей кожного з атомів Карбону дає розглянуті вище а-зв'язки (два С—Н і один С—С). я-Перекриття двох негіб-

32

Глава З

Хімічний зв язок

33

Рис. 3.6. Схеми утворення л-зв'язку:

а — загальна; 5-у молекулі етилену; в — у молекулі ацетилену

я-перекриття

Н / /* V

н

«?-АО Карбону

я-перекривання (я-зв'зок)

я-перекривання (я-зв'зок)

6

ст-перекривання (ст-зв'язок)

ридизованих р-орбіталей дає карбон-карбоновий л-зв'язок. Унаслідок цього між атомами Карбону утворюється подвійний зв'язок, який складається із а- і л-зв'язків. При цьому л-зв'язок розташований у площині, перпендикулярній до площини а-зв'язку.

Аналогічно утворюється л-зв'язок між атомами, що знаходять­ся в 5/ьгібридному стані.

У молекулі ацетилену С₂Н₂ (рис. 3.6, в) електронні хмари ато­мів Карбону перебувають у .^-гібридному стані і утворюють між собою потрійний зв'язок, який складається з одного а- і двох л-зв'язків. о-Зв'язок виникає за рахунок перекриття .^-гібридизо­ваних орбіталей, а чотири р-орбіталі утворюють два л-зв'язки, які розташовані у взаємно перпендикулярних площинах.

Залежно від кількості електронних пар, які беруть участь в утво­ренні хімічного зв'язку між двома атомами, розрізняють прості

й кратні ковалентні зв'язки. Прості зв 'язки (їх ще називають оди­нарними) представлені завжди а-зв'язком. До складу кратних зв'яз­ків, поряд із ст-зв'язком, входить також л-зв'язок. Серед кратних зв 'язків вирізняють подвійні і потрійні.

Розрив зв'язку. Ми розглянули, як відбувається утворення ко­валентного зв'язку між атомами. Але хімічні реакції являють со­бою єдність двох протилежних процесів — розриву одних зв'язків та утворення інших. Розрив ковалентного зв'язку може відбувати­ся по-різному — гетеролітично (з утворенням іонів) або гемолі­тично (з утворенням радикалів):

:В

В

А⁺

АУЗ

■*• А- + В

іонний розрив, або гетеролітичний радикальний розрив, або гемолітичний

Частинки, що утворюються при гемолітичному розриві зв'язку і мають неспарені електрони, називаються вільними радикалами. Зазвичай вони нестійкі, хімічно активні та швидко перетворюють­ся на стійкі молекули.

Отже, існує два принципово протилежні способи розриву ко­валентного зв'язку — з утворенням іонів та з утворенням вільних радикалів. Який із способів буде реалізований у ході тієї чи іншої реакції, залежить від природи атомів і умов реакції.