Делокализованная связь

Во всех рассмотренных примерах электронная пара, обеспечивающая химическую связь, принадлежит только двум связанным атомам, т.е. электронная пара локализована. Но во многих случаях объяснение связи локализованными электронными парами противоречит опытным данным. Поэтому для объяснения химической связи часто используется понятие о подвижных или делокализованных электронах. Химическая связь, образуемая подвижными электронами, называется делокализованной. Такая связь имеется в молекуле HNO₃, ионах CO₃^2–, SO₄^2–, PO₄^3–, во многих органических соединениях. Классическим примером молекул с делокализованными связями является молекула бензола С₆Н₆.

В молекуле бензола шесть атомов углерода образуют правильный шестиугольник. Валентный угол 120º соответствует sp²-гибридизации орбиталей углерода. При этом две гибридные орбитали, расположенные под углом 120º, образуют связи с соседними атомами углерода, а третья присоединяет атом водорода. На рис. 18 показаны локализованные s-связи в этой молекуле (вид «сверху»).

Рис. 18. Схема образования локализованных s-связей в молекулах бензола

В атоме углерода при sp²-гибридизации остается одна негибридная p-орбиталь, направленная перпендикулярно плоскости, в которой находятся гибридные орбитали. Перекрыванием боковых областей этих орбиталей в молекуле бензола образуются три p-связи.

Энергия связи между атомами углерода в этой молекуле равна 487 кДж/моль, т.е. имеет промежуточное значение между энергией одиночной связи С–С в этане (385 кДж/моль) и двойной связи С = С в этилене (592 кДж/моль). Это свидетельствует о том, что p-связи делокализованы: электроны p-связей движутся свободно по всему замкнутому шестиугольнику и «обслуживают» все шесть связей. На рис. 19 молекула С₆Н₆ показана «сбоку»: видны негибридные p-орбитали и делокализованная p-связь между ними.

Рис. 19. Схема образования делокализованной p-связи в молекулах бензола

Таким образом, кратность связи между атомами углерода в молекуле С₆Н₆ равна 1,5 (одна s-связь и половина p-связи). Современное схематическое изображение бензольного кольца, в котором пунктиром показана делокализованная p-связь по всему кольцу, отличается от того, которое использовалось ранее (рис. 20)

1) 2)

Рис. 20. Схематическое изображение бензольного кольца: 1 – современное, 2 – устаревшее

Дата добавления: 2014-12-16