Номер 368, страница 57 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

368. При образовании ковалентных химических связей $s$-, $p$- и $d$-электронные орбитали могут перекрываться между собой. Приведите все возможные комбинации типов перекрываний указанных орбиталей. Какие из них могут образовывать $\sigma$-связи, а какие — $\pi$-связи?

При образовании ковалентных химических связей s-, p- и d-электронные орбитали могут перекрываться различными способами. Ковалентная связь образуется в результате перекрывания атомных орбиталей, а тип связи ($\sigma$, $\pi$ или $\delta$) зависит от симметрии этого перекрывания относительно межъядерной оси (линии, соединяющей центры атомов).

Всего существует 6 основных парных комбинаций перекрывания указанных орбиталей: s-s, s-p, s-d, p-p, p-d, d-d.

$\sigma$-связь (сигма-связь) — это ковалентная связь, образованная при "осевом" или "лобовом" перекрывании атомных орбиталей. При этом максимальная электронная плотность концентрируется вдоль межъядерной оси. $\sigma$-связи являются наиболее прочными и образуются первыми при формировании двойных или тройных связей.

$\sigma$-связи могут образовывать следующие комбинации перекрываний:

• s-s перекрывание: две сферические s-орбитали перекрываются вдоль линии, соединяющей их центры.
• s-p перекрывание: s-орбиталь одного атома перекрывается с p-орбиталью другого атома, ориентированной вдоль межъядерной оси (например, p_z-орбиталью, если ось связи — z).
• s-d перекрывание: s-орбиталь одного атома перекрывается с d-орбиталью другого атома, имеющей значительную электронную плотность вдоль межъядерной оси (например, с d_z²-орбиталью).
• p-p перекрывание: две p-орбитали, ориентированные вдоль межъядерной оси (например, две p_z-орбитали), перекрываются "конец в конец".
• p-d перекрывание: p-орбиталь (например, p_z) одного атома перекрывается с d-орбиталью (например, d_z²) другого атома по межъядерной оси.
• d-d перекрывание: две d-орбитали (например, две d_z²-орбитали) перекрываются вдоль межъядерной оси.

Ответ: $\sigma$-связи могут образовываться при перекрывании следующих типов орбиталей: s-s, s-p, s-d, p-p, p-d, d-d.

$\pi$-связь (пи-связь) — это ковалентная связь, которая образуется при "боковом" перекрывании p- или d-орбиталей. При этом образуются две области перекрывания, расположенные по обе стороны от межъядерной оси (в узловой плоскости $\sigma$-связи). $\pi$-связи образуются только после формирования $\sigma$-связи и входят в состав кратных (двойных и тройных) связей. s-орбитали не могут образовывать $\pi$-связи из-за своей сферической симметрии.

$\pi$-связи могут образовывать следующие комбинации:

• p-p перекрывание: две параллельные друг другу p-орбитали (например, две p_x- или две p_y-орбитали), перпендикулярные межъядерной оси, перекрываются боками.
• p-d перекрывание: p-орбиталь одного атома (например, p_x) перекрывается боками с подходящей по симметрии d-орбиталью другого атома (например, d_xz).
• d-d перекрывание: две параллельные d-орбитали (например, две d_xz- или две d_yz-орбитали) перекрываются боками. Стоит отметить, что при боковом перекрывании четырех долей d-орбиталей (например, d_xy с d_xy или d_x²-y² с d_x²-y²) может также образовываться $\delta$-связь (дельта-связь), которая является еще одним типом ковалентной связи.

Ответ: $\pi$-связи могут образовываться при перекрывании следующих типов орбиталей: p-p, p-d, d-d.