Метод валентных связей и метод молекулярных орбиталей на примере n2 и о2

Question

Метод валентных связей и метод молекулярных орбиталей на примере n2 и о2

SHANS2010 21.01.2026 04:06

Ответы и вопросы пользователей

Калинина Мария Игоревна · Accepted Answer

Методы валентных связей (МВС) и молекулярных орбиталей (ММО) являются основными квантовохимическими подходами к описанию химической связи. Рассмотрим их различия и особенности на примере молекул азота ( $N_{2} cap N sub 2$ ) и кислорода ( $O_{2} cap O sub 2$ ). 1. Метод валентных связей (МВС) Этот метод основан на представлении о локализованных электронных парах. Связь образуется при перекрывании атомных орбиталей (АО) с образованием общей электронной пары. Молекула азота ( $N_{2} cap N sub 2$ ) Электронная конфигурация азота: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{3} 1 s squared 2 s squared 2 p cubed$ . На внешнем уровне 3 неспаренных электрона.

Механизм: Происходит перекрывание трех $2 p 2 p$ -орбиталей каждого атома. Типы связей: Одна $σ sigma$ -связь (осевое перекрывание $p_{z} - p_{z} p sub z minus p sub z$ ) и две $π pi$ -связи (боковое перекрывание $p_{x} - p_{x} p sub x minus p sub x$ и $p_{y} - p_{y} p sub y minus p sub y$ ). Результат: Тройная связь ( $N \equiv N N triple bar N$ ). Молекула диамагнитна (все электроны спарены).

Молекула кислорода ( $O_{2} cap O sub 2$ ) Электронная конфигурация кислорода: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{4} 1 s squared 2 s squared 2 p to the fourth power$ . На внешнем уровне 2 неспаренных электрона.

Механизм: Перекрывание двух $2 p 2 p$ -орбиталей. Типы связей: Одна $σ sigma$ -связь и одна $π pi$ -связь. Результат: Двойная связь ( $O = O O equals O$ ). Проблема МВС: Согласно МВС, все электроны в $O_{2} cap O sub 2$ должны быть спарены, что делает молекулу диамагнитной. Однако эксперимент показывает, что кислород — парамагнетик (имеет неспаренные электроны). Это главное ограничение МВС для данной молекулы.

2. Метод молекулярных орбиталей (ММО) ММО рассматривает молекулу как единую систему, где электроны распределены по молекулярным орбиталям (МО), охватывающим все ядра. Энергетические диаграммы и кратность связи Кратность связи (КС) рассчитывается по формуле: $К С = \frac{N_{с в} - N_{р а з р}}{2} К С equals the fraction with numerator cap N sub с в end-sub minus cap N sub р а з р end-sub and denominator 2 end-fraction$ Где $N_{с в} cap N sub с в end-sub$ — число электронов на связывающих орбиталях, $N_{р а з р} cap N sub р а з р end-sub$ — на разрыхляющих. Молекула азота ( $N_{2} cap N sub 2$ ) Конфигурация МО: $σ_{1 s}^{2} σ_{1 s}^{* 2} σ_{2 s}^{2} σ_{2 s}^{* 2} π_{2 p_{x}}^{2} π_{2 p_{y}}^{2} σ_{2 p_{z}}^{2} sigma sub 1 s end-sub squared sigma sub 1 s end-sub raised to the * 2 power sigma sub 2 s end-sub squared sigma sub 2 s end-sub raised to the * 2 power pi sub 2 p sub x end-sub squared pi sub 2 p sub y end-sub squared sigma sub 2 p sub z end-sub squared$

Кратность связи: $\frac{8 - 2}{2} = 3 the fraction with numerator 8 minus 2 and denominator 2 end-fraction equals 3$ (соответствует МВС). Магнитные свойства: Все электроны на МО спарены — молекула диамагнитна.

Молекула кислорода ( $O_{2} cap O sub 2$ ) Конфигурация МО: $σ_{1 s}^{2} σ_{1 s}^{* 2} σ_{2 s}^{2} σ_{2 s}^{* 2} σ_{2 p_{z}}^{2} π_{2 p_{x}}^{2} π_{2 p_{y}}^{2} π_{2 p_{x}}^{* 1} π_{2 p_{y}}^{* 1} sigma sub 1 s end-sub squared sigma sub 1 s end-sub raised to the * 2 power sigma sub 2 s end-sub squared sigma sub 2 s end-sub raised to the * 2 power sigma sub 2 p sub z end-sub squared pi sub 2 p sub x end-sub squared pi sub 2 p sub y end-sub squared pi sub 2 p sub x end-sub raised to the * 1 power pi sub 2 p sub y end-sub raised to the * 1 power$

Кратность связи: $\frac{8 - 4}{2} = 2 the fraction with numerator 8 minus 4 and denominator 2 end-fraction equals 2$ . Магнитные свойства: На двух вырожденных разрыхляющих $π^{*} pi raised to the * power$ -орбиталях находится по одному электрону (согласно правилу Хунда). Вывод: Наличие двух неспаренных электронов объясняет парамагнетизм $O_{2} cap O sub 2$ , что является триумфом ММО над МВС.

Сравнительная таблица

Характеристика	Азот ( $N_{2} cap N sub 2$ )	Кислород ( $O_{2} cap O sub 2$ )
Кратность связи (МВС/ММО)	3 / 3	2 / 2
Магнитные свойства	Диамагнетик	Парамагнетик
Описание в МВС	Адекватно описывает структуру	Не объясняет парамагнетизм
Описание в ММО	Электроны на связывающих МО	Два неспаренных электрона на $π^{} pi raised to the power$ -МО

Если вам необходимо, я могу составить подробную электронную конфигурацию для ионов этих молекул (например, $O_{2}^{+} cap O sub 2 raised to the positive power$ или $O_{2}^{-} cap O sub 2 raised to the negative power$ ) или рассчитать их длину связи на основе ММО.

Метод валентных связей и метод молекулярных орбиталей на примере n2 и о2

Форма ответа

Другие вопросы по теме «Химия»

Вопросы из других предметов