Cравнение МВС и ММО

В связи с тем, что оба обсуждаемых метода являются квантовомеханическими для них характерны общие черты в подходе к описанию химической связи:

1.Оба метода относятся к приближённым.

2. Для молекул, описание которых возможно в рамках обоих методов, МВС и ММО приходят к сходным результатам.

3. В обоих методах производится выбор волновых функций, обеспечивающих минимум энергии системы. Энергия связи в обоих методах предопределяется областями перекрывания орбиталей взаимодействующих атомов и значениями квантовых чисел этих орбиталей.

4. σ и π связи отличаются друг от друга как по способу перекрывания АО, так и по симметрии.

Указанная общность данных методов, строго говоря, распространяется лишь на двухцентровые связи, так как МВС рассматривает только такие связи (хотя на качественном уровне интерпретация делокализованных связей в МВС допускается).

Каждый из обсуждаемых методов имеет свои достоинства и недостатки.

ММО – более общий и универсальный, делокализация связей в пределах молекулы подтверждена экспериментально и, поэтому концепция этого метода не вызывает сомнения с физической точки зрения. ММО даёт возможность объяснять и предсказывать стехиометрию и геометрию молекул, на качественном и количественном уровне сравнивать энергии отдельных связей в системе и относительную стабильность форм при заданном составе частиц. При этом ММО не использует понятие «гибридизация АО», а ответы на все вопросы исходя из положения минимума на энергетической поверхности и изменения энергии системы при изменении межатомных расстояний углов и т.д.. Кроме этого ММО автоматически учитывает возбуждённое состояние частиц, что невозможно в рамках МВС.

В то же время, зачастую химиков привлекает наглядность МВС, позволяющая как бы воочию представить процессы связанные с разрывом и образованием связей, с перегруппировкой атомов в системе (изомерия, конформация ит.д.). Кроме этого МВС на качественном уровне проще позволяет ориентироваться в колоссальном по объёму материале органической и неорганической химии. Но он часто уступает ММО по предсказательной способности, особенно когда необходимо оценить близкие по энергии состояния систем. Таким образом рассматриваемые методы не исключают, а очень удачно дополняют друг друга. Их нужно рассматривать как инструменты и делать между ними вывод в зависимости от задач, которые необходимо решить при выполнении конкретной работы.

Проектное задание

По заданию преподавателя оцените применимость к предлагаемым объектам : а)модели ковалентной связи по Льюису; б) МОЛЭП и его дополнений; в)МВС и г) ММО ЛКАО и сделайте вывод в каких случаях целесообразно применять ту или иную теорию.

В рамках самоподготовки по данному модулю рекомендуется обсудить следующие вопросы:

1. Является ли концепция Льюиса более общей или более частной по сравнению с теорией ионной связи?

2. Можно ли в рамках простейшего варианта теории ковалентной связи описывать химическую связь в молекулах или кристаллах соединений с преимущественно ионным характером связи?

3. Можно ли в рамках взглядов Льюиса обосновать такие свойства ковалентной связи как направленность и насыщаемость?

4. На качественном уровне, используя концепцию МВС, проанализируйте изменение длины и энергии связи в молекулах Г₂ и Н – Г (Г = F, CI, Br, I) и сравните полученный результат с экспериментальными данными.

5. Попытайтесь выяснить причину низкой энергии активации процессов с участием фтора. Энергия активации аналогичных процессов с участием I₂ будет выше или ниже? Почему?

6. На основе МВС рассмотрите механизм образования связи в молекулах типа ЭН_х (Э = Li, Be, B, C, N, O, F). Как и почему меняется состав этих молекул в указанном ряду? Какие из этих молекул могут присоединять Н⁺? Почему?

7. Оцените возможность образования молекул NH₅ , NCI₅ и РCI₅.

8. Молекула AsF₅ стабильна, а AsH₅ – не существует. Почему?

9. Опишите пространственное расположение атомов в молекулах BeCI₂, BCI₃, CCI₄, NCI₃ и CI₂O, укажите тип гибридизации орбиталей атома, соединённого с атомами хлора, его степень окисления и валентность.

10. Как и почему будет изменяться валентный угол в молекулах типа ЭН₄ (Э = C, Si, Ge, Sn, Pb)?

11. Опишите строение следующих частиц: HNO₃, NO₃^-, CO₃^2-, H₃O⁺.