Какие бывают перекрытия и как их выбрать — Реальное время

Недвижимость

00:00, 29.12.2021 Сюжет: Дом в фокусе

Шесть вопросов об одной из главных конструктивных частей дома

В современном частном домостроении есть проекты, которые не предполагают наличия перекрытий в доме. Но такие проекты подходят не всем, да и редкость они пока на наших просторах. Пробуем разобраться, какова конструкция перекрытий и из чего их делают, а еще — на какие перекрытия обратить внимание, реализуя свой проект.

Что такое перекрытия и обязательны ли они в доме?

Если этажей в вашем доме будет больше одного, то без перекрытия точно не обойтись. Потому что оно представляет собой конструкцию, которая ложится на стены и разделяет дом на уровни. В одноэтажных домах перекрытия используются для того, чтобы образовать потолок или, к примеру, отделить пространство первого этажа от подвала или цоколя.

Но есть и проекты, которые стоят на монолитной плите и представляют собой единое пространство без потолка, несущих перегородок тоже нет — то есть, это своеобразные студии. В качестве капитальных домов их практически не строят, но вот в качестве дачного домика они имеют право на существование. Так что да, скорее всего, вам придется подумать о перекрытиях.

Какие бывают виды перекрытий?

Все виды перекрытий разделяют пространство дома по вертикали. Но в зависимости от того, с каким из них мы имеем дело, функциональная специфика у них будет разная. В основном все они делятся на три вида.

• Цокольное перекрытие (оно же подвальное) должно быть самым мощным: оно разделяет цокольный этаж или подвал от остального дома. Поэтому по вертикали на него будет приходиться вес всего дома. Примерные расчеты нагрузки на цокольное перекрытие начинаются от 200 кг/кв. м. В принципе, без него можно обойтись в двух случаях: когда дом стоит на монолитном плитном фундаменте или если пол заливается прямо на грунт в ленточном фундаменте. Разумеется, во всех этих случаях подвал не предполагается.
• Межэтажные перекрытия, как следует из названия, отделяют друг от друга этажи дома. Расчетная нагрузка на них такая же, как у цокольных, ведь эти элементы несут на себе и кровлю, и верхний этаж (а если их несколько, то этажи). Повышенные требования у таких перекрытий должны быть по шумоизоляции (чтобы в доме было жить комфортно). Межэтажное перекрытие используется и для отделения жилого помещения от мансарды (мансардный этаж тоже предполагает немалую нагрузку).
• Чердачное перекрытие может быть облегченным, расчетная нагрузка на него начинается от 1 центнера на квадратный метр. Выше него остается только крыша и холодный чердак.

Конструкция перекрытий одинаковая всегда?

Нет, здесь тоже есть три типа.

• Монолитное перекрытие — железобетонная конструкция. Арматурный каркас для нее собирается в опалубке, и прямо на месте стройки заливается бетоном. Это самый серьезный вид перекрытия, которые выдерживает большие нагрузки (например, каменные стены или монолитные конструкции). Он и фундамента требует основательного. Но можно сделать и облегченное монолитное перекрытие — с несъемной опалубкой из профилированных оцинкованных листов. Это поможет уменьшить и количество арматуры, и бетона.
• Сборное перекрытие состоит из отдельных элементов — плиты укладываются на балки и лаги. Это довольно популярная конструкция, особенно там, где стены легкие, не самые массивные.
• Сборно-монолитные перекрытия — своеобразный «гибрид». В качестве несущей основы используются балки из металла или железобетона. Между ними укладывают теплоизоляционные плиты, все это армируют и заливают бетоном. Слой получается потоньше, чем у монолитных перекрытий.

А материалы?

Чаще всего в индивидуальных домах используют перекрытия из дерева или железобетона. Иногда используется металл, но это (особенно по нынешним ценам) неоправданно дорого.

Деревянные перекрытия (балки и лаги) делают из сухого бруса или срощенной доски. Подойдет и клееный брус, и двутавровые балки.

Железобетонные перекрытия могут быть залиты самостоятельно, но можно и купить заводские плиты. Правда, нужно будет еще придумать, как их привезти и установить. Кроме того, не у всех на участке есть место, чтобы развернуться со спецтехникой, которая призвана поставить тяжеленную плиту на свое место.

Можно не утеплять межэтажное перекрытие?

Современные стандарты требуют, чтобы перекрытие было теплоизолировано (чтобы не выпускать теплый воздух из помещения ни вверх, ни вниз). Конечно, по выпуску тепла из дома будут лидировать чердачное и цокольное перекрытия, так что если вы уверены в своей отопительной системе и в качестве стен, то, теоретически, межэтажное можно и не утеплять. Но тогда готовьтесь к нулевой звукоизоляции между этажами.

Специалисты все же советуют проложить деревянные межэтажные перекрытия каменной ватой толщиной в 250 мм, а монолитные теплоизолировать пенополистирольными или ЭППС-плитами. Расходы в общей пропорции будут не самыми существенными, а комфорт серьезно подрастет.

В утеплении чердачного и цокольного перекрытия вариантов нет: оно должно быть обязательно, причем в нашем климате чем толще будет слой теплоизоляции, тем меньше у вас будет мороки.

А что выбирать-то?

Все зависит от общей конструкции вашего дома. Деревянные и каркасные дома обычно оборудуют деревянными балочными перекрытиями. Их и монтировать просто, а если они правильно рассчитаны, то и «гулять» под ногами они не будут, и служить станут верой и правдой. Помните старые деревянные срубы с толстенными балками и вековыми досками поверх? Ничего с ними не случается за многие десятки лет.

Каменные и кирпичные дома желательно строить с монолитными или сборными перекрытиями: они требуют большей «грузоподъемности», которую вполне обеспечивает железобетон.

В любом случае, при выборе типа перекрытия всегда нужно очень тщательно подходить к вопросу и желательно спрашивать совета специалиста.

Людмила Губаева

Недвижимость Татарстан

Виды и конструкции перекрытий | Строительная компания Олимпия

org/BreadcrumbList»>
1. Главная
2. Информация
3. Строительство и ремонт
4. Виды перекрытий



Перекрытие — несущая конструкция здания, которая разделяет его на этажи или уровни, воспринимает и распределяет нагрузки, передает их стенам и фундаменту. Она устраивается горизонтально, должна быть прочной, жесткой, пожаробезопасной, обеспечивать достаточный уровень утепления и звукоизоляции. Поверх перекрытия выполняют монтаж конструкции пола и напольного покрытия, под ним устраивают потолок.

Виды перекрытий по назначению

Чердачные. Их устраивают между чердаком или мансардой и жилым этажом. Требования к прочности — средние, такое перекрытие воспринимает нагрузки только от кровельной конструкции. Для него важна теплоизоляция, защита слоя утеплителя от увлажнения (выполняется с помощью пароизоляции).

Межэтажные. Основные характеристики — прочность и уровень звукоизоляции. Такие перекрытия устраивают между этажами. Если выше или ниже них — помещение с высокой влажностью (ванная комната, санузел, кухня), дополнительно предусматривают гидроизоляцию.

Подвальные или цокольные. Устраиваются между первым этажом и подпольем или подвалом. Обязательно устраивается теплоизоляция, которую защищают пароизоляционным материалом. Для таких перекрытий важна высокая прочность, жесткость, стойкость к любым механическим нагрузкам.

Конструкции перекрытий

Они могут быть балочными или безбалочными. Безбалочные выполняют из монолитной плиты или нескольких панелей, уложенных с плотными стыками. Балочные перекрытия являются сборными. Основные нагрузки воспринимают уложенные на стены балки, поверх которых укладывается основной материал (плиты, панели, блоки). Балки в составе таких конструкций могут быть деревянными (брус), металлическими или железобетонными.

Устройство безбалочных перекрытий выполняют по одной из трех технологий.

Сборная. Для этого используются готовые железобетонные панели или плиты с пустотами внутри. Они поставляются готовыми к монтажу, укладываются поверх стен, предварительно выполняется устройство армопояса. Ширина и длина панелей могут быть разными (обычно типовые размеры учитывают уже на этапе проектирования). Их важная характеристика — несущая способность (для жилых домов достаточно 800 кг*с/м²). Сборные перекрытия устраивают при толщине стен больше 20 см, при их высокой несущей способности. После укладки плит или панелей выполняется гидроизоляция, утепление, пароизоляция перекрытия.

Монолитная. При устройстве перекрытия собирают горизонтальную опалубку и армирующую конструкцию. Когда они готовы, выполняют заливку бетоном. Опалубка может быть съемной (это удобно, когда на объекте выполняется устройство нескольких перекрытий).

Чтобы установить ее, используются телескопические стойки. Они должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать вес армирующей конструкции и бетона. Стойки снимают вместе с опалубкой только после того, как бетон наберет прочность. После заливки отдельно следят за состоянием бетона. Его могут накрывать специальными пленками для защиты от дождя, смачивать водой при сильной жаре, чтобы поверхность не потрескалась. Если есть риск заморозков, в состав бетонного раствора вводят противоморозные добавки. При строительстве дома в несколько этапов открытые монолитные перекрытия на зиму консервируют, чтобы защитить их от влаги, морозов. Монолитная технология не имеет ограничений по площади перекрытий или их форме. Она не требует использования погрузочно-разгрузочной спецтехники. Организовать работы по устройству перекрытия проще, но после заливки плиты придется остановить работы на месяц (до набора бетоном проектной мощности).

Сборно-монолитная. В конструкции есть балочные элементы. Пространственный каркас составляют из облегченных железобетонных балок, располагая их поверх стен с небольшим шагом. Между балками укладываются строительные блоки. Они имеют специальную форму, укладываются без дополнительного крепления. Поверх блоков собирается арматурный каркас, который бетонируют. Такие перекрытия имеют сравнительно небольшой вес, но хорошо выдерживают даже высокие нагрузки. Их можно использовать при сложном периметре стен. Сроки строительства — меньше в сравнении с монолитной конструкцией. Собирать горизонтальную опалубку перед заливкой бетона не нужно. Утепление тоже не является обязательным, функции теплоизоляционного слоя могут выполнять строительные блоки, заполняющие пространство между балками.

Для балочных перекрытий при создании несущего каркаса балки укладывают с одинаковым шагом. Сформированный каркас заполняют плитными материалами.

Из деревянных балок. Чаще используются в индивидуальном жилом строительстве. Брус хвойных пород укладывают поверх несущих стен с шагом в 70-100 см. На его боковые грани набивают черепные бруски для крепления наката (сплошного настила из щитов или досок). Поверх него укладывают теплоизоляционный материал, с защитой паро-, гидроизоляционными пленками. Черновой пол собирают как настил поверх балок.

У такого перекрытия наиболее уязвимы концы деревянных брусьев, заделанные в материал наружных стен. Чтобы они не гнили и не разрушались, их обрабатывают защитными составами на длину 50-60 см, оборачивают гидроизоляционным материалом. Инженеры строительной компании «Олимпия» рекомендуют устраивать прослойку из рулонной гидроизоляции и в других местах контакта дерева с кирпичом, бетоном, железобетоном, металлическими конструкциями. По всей длине деревянный брус рекомендуется обрабатывать огнебиозащитой.

Из металлических балок. Они надежнее, прочнее и долговечнее по сравнению с деревянными, но их звуко- и теплоизоляционные характеристики снижены. Такие конструкции требуют защиты от коррозии, особенно на концах, закрепленных в материале наружных стен. Несущую конструкцию из балок собирают, устанавливая их поверх стен. Проемы между ними заполняют щитами или накатами из дерева, облегченными бетонными вставками или железобетонными плитами.

Железобетонные конструкции. Поставляются готовыми, укладываются поверх стен, имеют высокую несущую способность. Не требуют дополнительной защиты от коррозии, гниения или разрушения. Для заполнения проемов между ними используют легкобетонные вставки. При проектировании перекрытий из железобетонных вставок учитывают, что они имеют большой вес и будут создавать дополнительную нагрузку на фундамент и несущие стены.

• Строительство таунхаусов
• Необходимость гидроизоляции фундамента
• Советы для тех, кто строит дом
• Как выбрать компанию
• Каркасное строительство
• Проект организации строительства и реконструкции
• Строительство загородных домов
• Виды фундаментов
• Новые тренды и технологии в частном строительстве
• Экодом
• Строительство кирпичного дома
• Что такое быстровозводимые здания
• Оценка качества строительных работ
• Строительство спорткомплексов
• Ошибки при проектировании зданий и сооружений соц. назначения
• Отделка и изоляция внутренних помещений
• Требования к изоляции подвалов
• Варианты обустройства фасада
• Виды перекрытий
• Строительство пристроек
• Текущий ремонт здания

1. Главная
2. Информация
3. Строительство и ремонт
4. Виды перекрытий

Типы перекрытия при ковалентной связи

0

Сохранить

Скачать публикацию в формате PDF

Перекрытие атомных орбиталей наблюдается при ковалентной связи. Атомные орбитали перекрываются, образуя новые формы. В этой статье мы собираемся изучить три перекрытия атомных орбит: перекрытие s-s, перекрытие s-p, перекрытие pp с определением, структурой, объяснением и диаграммами

Что такое перекрытие атомных орбит?

Когда два атома соединяются вместе, образуя ковалентную связь, их энергия минимальна, когда они находятся так близко друг к другу, что их орбитали частично сливаются. Это частичное слияние атомных орбиталей известно как перекрытие орбиталей или перекрытие атомных орбиталей.

Существует два типа перекрывающихся орбиталей: сигма (σ) и пи (π). Обе связи образуются за счет перекрывания двух орбиталей, по одной на каждом атоме. σ-связи возникают, когда орбитали перекрываются между ядрами двух атомов, что также известно как межъядерная ось.

Таким образом, атомы образуют более низкое энергетическое состояние, в котором их валентные электроны с противоположным спином объединяются в пары, образуя ковалентную связь.

Леран о галоалканах здесь.

Типы перекрытия атомных орбиталей

При образовании одинарной ковалентной связи с участием s- и p-орбиталей возможны три различных типа перекрытия орбиталей. 91\) .

При образовании молекулы H, наполовину заполненная 1s – орбиталь одного атома водорода, содержащая неспаренный электрон, перекрывается с наполовину заполненной – орбиталью другого атома водорода, имеющего электроны с противоположным спином. Такое перекрытие называется s-s-перекрытием, а образующаяся связь называется s-s-сигма-связью. Связь образована осевым перекрытием орбиталей, следовательно, это сигма-связь \((\sigma)\).

p-p перекрытие: (Образование молекулы галогена (\(F_2\)) .)

91\)

При образовании молекулы \(F_2\), наполовину заполненной \(2p_z\), орбиталь одного атома ‘F’ перекрывается с такой же полузаполненной \(2p_z\), орбиталью, содержащей электрон с противоположным спином , другого атома F коаксиально, и образуется ковалентная сигма-связь pp.

«p»-орбитали имеют форму гантели, поэтому перекрытие происходит в определенном направлении. Поэтому р-р-связь имеет направленный характер. Когда p-орбиталь участвует в перекрытии, другая доля p-орбитали уменьшается в размере, то есть сжимается. 91\)

При образовании молекулы HF, наполовину заполненная ls-орбиталь атома водорода соосно перекрывается с наполовину заполненной \(2p_z\), орбиталь атома фтора, содержащего электрон с противоположным спином, и образуется s-p ковалентная связь. Это сигма-связь, так как перекрытие атомных орбиталей аксиальное.

HF представляет собой полярную молекулу

В случае молекулы HF связь образуется между двумя разнородными атомами. F сильно электроотрицателен, и его электроотрицательность равна 4. Электроотрицательность водорода равна 2,1. Общая пара электронов больше смещается в сторону атома фтора. Следовательно, атом F приобретает частичный отрицательный заряд, а атом водорода приобретает частичный положительный заряд. Связь становится полярной из-за большой разницы в электроотрицательности. Следовательно, HF представляет собой полярную молекулу, а связь HF представляет собой полярную ковалентную связь.

Надеюсь, эта статья о перекрытии атомных орбит была информативной. Попрактикуйтесь в том же в нашем бесплатном приложении Testbook. Скачать сейчас!

Часто задаваемые вопросы о перекрытии атомных орбиталей

В.1 Какие типы атомных орбиталей перекрываются?

Ответ 1 Существует два типа перекрывающихся орбиталей: сигма (σ) и пи (π). Обе связи образуются за счет перекрывания двух орбиталей, по одной на каждом атоме. σ-связи возникают, когда орбитали перекрываются между ядрами двух атомов, что также известно как межъядерная ось.

Q.2 Что происходит, когда электронные орбитали перекрываются?

Ответ 2 Начинает происходить перекрытие орбит по мере того, как электронные орбитали сближаются. Это снижает потенциальную энергию системы, так как становятся возможными новые притягивающие положительно-отрицательные электростатические взаимодействия между ядром одного атома и электроном второго. Это приводит к образованию полос.

Q.3 Что такое интеграл перекрытия?

Ответ 3 Интеграл перекрытия является количественной мерой перекрытия атомных орбиталей, расположенных на разных атомах. Перекрытие атомной орбитали атома А и атомной орбитали атома В называется интегралом их перекрытия.

Q.4 Что такое перекрытие орбит PP?

Ans. 4 Перекрытие между двумя наполовину заполненными p-орбиталями двух разных атомов, содержащих электроны с противоположными спинами, называется pp-перекрытием. например (Формирование молекулы \(F_2\)). Взаимное перекрытие между двумя наполовину заполненными р-орбиталями двух атомов называется р-р-перекрытием. Образовавшаяся ковалентная связь называется р-р связью. Образование такой связи также называют осевым перекрытием. Две p-орбитали перекрывают друг друга, когда они приобретают минимальную потенциальную энергию.

В.5 Какая связь сильнее SS или SP?

Ans.5 Перекрытие S-S сильнее, чем перекрытие s-p, pp и p-d. Это связано с аналогичным размером и высокой электроотрицательностью s-орбиталей, что делает перекрытие сильнее.

Скачать публикацию в формате PDF

3.7A: Орбитальное перекрытие — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

330745

Теория молекулярных орбиталей основана на перекрытии атомных орбиталей, для образования атомных орбиталей взяты линейные комбинации атомных орбиталей. На исследовательском уровне это включает вычислительное решение интеграла перекрытия между двумя или более вносящими вклад атомными орбитальными волновыми функциями. В этом курсе мы качественно оценим перекрытие орбит, прежде всего, посредством визуального осмотра.

Сигма (σ) Молекулярные орбитали

s-орбитали

Как и в теории валентных связей, количество объединенных атомных орбиталей равно количеству образовавшихся молекулярных орбиталей. Следовательно, существует два типа молекулярных орбиталей, которые могут образоваться в результате перекрытия двух атомных орбиталей s . Эти два типа показаны на рисунке \(\PageIndex{1}\). Синфазная комбинация создает молекулярную орбиталь с более низкой энергией связи σ _s , в которой большая часть электронной плотности находится непосредственно между ядрами. Несовпадающее по фазе сложение (которое также можно рассматривать как вычитание волновых функций) создает разрыхляющую молекулярную орбиталь \(σ^∗_s\) с более высокой энергией, в которой есть узел между ядрами. Звездочка означает, что орбиталь является разрыхляющей. Электроны в σ 9∗_s\) орбитали расположены далеко от области между двумя ядрами. Сила притяжения между ядрами и этими электронами раздвигает два ядра. Следовательно, эти орбитали называются разрыхляющими орбиталями.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Сигма-(σ) и сигма-разрыхляющая (σ*) молекулярные орбитали образованы комбинацией двух s-атомных орбиталей. (CC BY-NC-SA; Кэтрин Маккаскер)

p-орбитали

В отличие от s-орбиталей, p -орбитали имеют две доли с противоположными фазами, на что указывает затенение орбитальных долей разными цветами. Когда орбитальные доли одной фазы перекрываются, конструктивная интерференция волн увеличивает плотность электронов между двумя ядрами. Когда области с противоположной фазой перекрываются, деструктивная интерференция волн снижает электронную плотность и создает узлы между двумя ядрами. Когда 9∗_{p}\) (разрыхление), как показано на (Рисунок \(\PageIndex{2}\). Так же, как и в случае с s -орбитальным перекрытием, звездочка указывает на орбиталь с узлом между ядрами, что является разрыхляющая орбиталь с более высокой энергией. 2}\)) имеют электронную плотность вдоль осей. Только две последние d-орбитали могут образовывать сигма-связи. Они будут аналогичны сигма-связям, образованным из p-орбиталей, когда две доли одной фазы перекрываются, электронная плотность между двумя ядрами увеличивается, и образуется сигма-связь, как показано на рисунке \(\PageIndex{3}\) 9*\)) разрыхляющая молекулярная орбиталь, как показано на рисунке \(\PageIndex{4}\). Синфазное перекрытие образует связывающую пи-орбиталь с повышенной электронной плотностью между ядрами выше и ниже оси межъядерной связи с единственным узлом вдоль оси связи. Для противофазной комбинации образуется антисвязывающая орбиталь с двумя созданными узловыми плоскостями, одна вдоль межъядерной оси и перпендикулярная между ядрами.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Молекулярные орбитали Pi (π) и разрыхляющие (π*) молекулярные орбитали образованы комбинацией двух перпендикулярных атомных орбиталей p. Серая пунктирная линия указывает на один узел, содержащий ось межъядерной связи. 2}\), если связь находится на оси z), будут перекрываться для формирования дельта-связывающих и разрыхляющих орбиталей, как показано на рисунке \(\PageIndex{5}\). Комбинация синфазных связей имеет четыре области электронной плотности выше и ниже двух ядер с вертикальным и горизонтальным узлами вдоль межъядерной ось связи.В противофазной комбинации есть третий узел, делящий межъядерную ось пополам.При дельта-связях возможно иметь четверные или даже пятикратные связи между двумя металлическими центрами, хотя на практике пятикратные связи чрезвычайно редки и имеют только наблюдается в нескольких димерах хрома и молибдена.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Дельта-(δ) и дельта-разрыхляющая (δ*) молекулярные орбитали образованы комбинацией двух d атомных орбиталей, расположенных лицом к лицу. Серыми пунктирными линиями показаны два узла, содержащие ось межъядерной связи. (CC BY-NC-SA; Кэтрин МакКаскер)

Резюме

Связующие орбитали увеличивают плотность электронов между двумя ядрами по сравнению с атомными орбиталями. Разрыхляющие орбитали уменьшают плотность электронов между двумя ядрами по сравнению с атомными орбиталями. Связывающие орбитали будут иметь меньше узлов и иметь более низкую энергию, чем разрыхляющие орбитали. Сигма-орбиталь (σ) — это та, которая имеет нет узлов вдоль оси межъядерной связи. Любые две орбитали (s, p или d), ориентированные вдоль оси связывания, могут образовывать сигма-связь. Пи (π)-орбиталь имеет один узел , содержащий ось межъядерной связи. Пи-связь может быть образована из p- или d-орбиталей, ориентированных перпендикулярно оси связи. Дельта (δ)-орбиталь имеет два узла, содержащих ось межъядерной связи. Только d (или f) орбитали могут образовывать дельта-связи, поэтому они возможны только между двумя атомами металла.

Множественные облигации

• Одинарные облигации образуются из 1 сигма-облигаций
Двойные связи
• образованы сигма-связью 1 и пи-связью 1
.
• Тройные связи образуются из 1 сигма-связей и 2 пи-связей
• Четверные связи (обнаружены только между двумя атомами металла) образуются из 1 сигма-связи, 2 пи-связи и 1 дельта-связи
• Пятикратные связи (обнаружены только между двумя атомами металла) образуются из 1 сигма-связь, 2 пи-связь и 2 дельта-связь

Факторы, влияющие на ковалентное взаимодействие

Теперь давайте уточним наше понимание молекулярных орбиталей и диаграмм молекулярных орбиталей. Не все атомные орбитали могут быть объединены в молекулярные орбитали, и степень перекрытия или ковалентного взаимодействия между двумя атомными орбиталями может сильно различаться. По каким критериям можно решить, возможно ли ковалентное взаимодействие между двумя атомными орбиталями, и если да, то насколько? Есть три критерия для рассмотрения; критерий симметрии, критерий перекрытия и энергетический критерий. Критерий симметрии говорит, что если существует комбинация атомных орбиталей со связывающими и разрыхляющими взаимодействиями, которые не компенсируются, то существует связывающее взаимодействие. Критерий перекрытия утверждает, что чем лучше перекрываются атомные орбитали (подходящей симметрии!) тем сильнее ковалентное взаимодействие. Энергетический критерий утверждает, что чем ближе орбитали по энергии, тем сильнее ковалентное взаимодействие между ними. Подробнее обо всех трех критериях мы поговорим ниже.

Критерии ковалентных взаимодействий

• Критерий симметрии: Если существует комбинация атомных орбиталей со связывающими и разрыхляющими взаимодействиями, которые не компенсируются, то имеет место связывающее взаимодействие.
• Критерий перекрытия: Чем лучше перекрываются атомные орбитали, тем сильнее ковалентное взаимодействие.
• Энергетический критерий: Чем ближе атомные орбитали по энергии, тем сильнее ковалентное взаимодействие.

Критерий перекрытия

Теперь рассмотрим каждый критерий более подробно. Давайте начнем с того, что нам, вероятно, легче всего понять, — с критерия перекрытия. Чем больше перекрытие, тем больше ковалентное взаимодействие. Перекрытие можно оценить по трем правилам.

Правило 1: Расстояние

Первое правило гласит, что перекрытие тем больше, чем меньше расстояние между двумя орбиталями. Это означает, что небольшое расстояние между орбиталями приводит к сильно связывающей и сильно разрыхляющей орбиталям соответственно, в то время как большое расстояние приводит к слабосвязывающей и слабо разрыхляющей орбиталям. Когда расстояние мало, существует большая разница в энергии между связывающей и разрыхляющей молекулярными орбиталями, когда расстояние большое, разница в энергии мала (рис. \(\PageIndex{6}\)).

Рисунок \(\PageIndex{6}\) Влияние расстояния между атомными орбиталями на разность энергий образующихся молекулярных орбиталей.

Правило 2: Размер

Правило 2 гласит, что большая диффузная орбиталь имеет тенденцию лучше перекрываться (сильнее взаимодействовать) с другой орбиталью, когда эта орбиталь также является большой диффузной орбиталью. Маленькая, менее рассеянная орбиталь имеет тенденцию сильнее взаимодействовать с другой малой орбиталью. Однако если мы объединим большую орбиталь с малой, то это обычно не приводит к хорошему перекрытию и, следовательно, к слабому взаимодействию. Мы можем качественно понять это, взглянув на изображение ниже (Рисунок \(\PageIndex{7}\)).

Рисунок \(\PageIndex{7}\) Связь между размером орбиты и ковалентными взаимодействиями.

Только небольшая объемная доля большой орбитали может перекрываться с малой орбиталью из-за малого размера малой орбитали. Из-за этого небольшого перекрытия связывающая орбиталь является слабосвязывающей, а разрыхляющая — лишь слабо разрыхляющей. Разница в энергии между связывающей и разрыхляющей МО невелика. В двух других случаях связывающие орбитали имеют тенденцию быть сильно связывающими, а антисвязывающие — сильно антисвязывающими. Энергетические различия между МО, как правило, велики.

Правило 3: Ориентация

Правило 3 гласит, что орбитали, которые перекрываются σ-образом, склонны к более сильному взаимодействию, чем орбитали, которые перекрываются π-образом, которые взаимодействуют сильнее, чем перекрываются δ-образом. На изображении ниже легко увидеть, что две p-орбитали, находящиеся на одинаковом расстоянии d друг от друга, перекрываются гораздо сильнее, когда они перекрываются по σ-образу, чем по π-образу (рис. \(\PageIndex{8}\)) .

Рисунок \(\PageIndex{8}\) Визуальное представление орбиталей, перекрывающихся в σ-моде, и орбиталей, перекрывающихся в π-моде

Это связано с тем, что в первом случае они направлены друг к другу, и орбитальное перекрытие находится на оси связи, а во втором случае они ориентированы параллельно друг другу, и орбитальное перекрытие находится выше и ниже оси связи. Это означает, что σ-перекрытие приводит к более сильно связывающим и разрыхляющим орбиталям с большей энергетической щелью между ними по сравнению с π-перекрытием, а π-перекрытие приводит к более сильно связывающим и разрыхляющим орбиталям по сравнению с δ-перекрытием.

Энергетический критерий

Энергетический критерий утверждает, что ковалентное взаимодействие между атомными орбиталями тем больше, чем меньше разность энергий между атомными орбиталями. Мы можем понять это качественно, если учесть, что орбитали — это волны, а волны с одинаковой энергией сильнее интерферируют друг с другом, чем волны с разными энергиями. Просто представьте себе две волны с очень разными длинами волн, связанные с очень разными энергиями. Будут ли они эффективно вмешиваться? Нет, они не будут. Скорее, две волны с очень близкими длинами волн будут лучше интерферировать. Поскольку большая разница в энергии означает меньшее взаимодействие, молекулярные орбитали, которые возникают в результате взаимодействия двух атомных орбиталей с большой разницей в энергии, гораздо более похожи по форме, размеру и местоположению по сравнению с молекулярными орбиталями, которые возникают в результате атомных орбиталей с аналогичной энергией.

Наибольшее ковалентное взаимодействие ожидается, когда энергия между двумя орбиталями в точности одинакова. Это возможно только тогда, когда две одинаковые орбитали А двух одинаковых атомов перекрываются. В этом случае мы образуем идеальную ковалентную связь с электронами, точно поровну распределенными между орбиталями. Максимум амплитуды связывающей молекулярной орбитали находится точно посередине между двумя атомами. На диаграмме молекулярных орбиталей разница энергий между связывающими МО и атомными орбиталями примерно такая же, как разница энергий между разрыхляющими МО и атомными орбиталями. Электроны связывающей (или разрыхляющей) МО поровну распределены между атомами (рис. \(\PageIndex{9}\))

Рисунок \(\PageIndex{9}\) Ковалентное взаимодействие, происходящее, когда энергия между двумя атомными орбиталями в точности одинакова.

Теперь давайте сделаем энергии двух атомных орбиталей несколько разными. Поскольку они различны, мы теперь обозначаем атомные орбитали А и В, при этом мы выбираем энергию орбитали А так, чтобы она была несколько выше энергии орбитали В. Перекрытие между атомными орбиталями по-прежнему вызывает ковалентное взаимодействие, дающее связывающее и разрыхляющее молекулярные взаимодействия. орбитальный. Однако разность энергий молекулярных орбиталей и двух атомных орбиталей уже не одинакова. Разрыхляющая МО теперь ближе к атомной орбитали с более высокой энергией, а связывающая МО теперь ближе по энергии к атомной орбитали с более низкой энергией. Это имеет еще одно последствие. Связывающая молекулярная орбиталь теперь локализована в основном у атома А, а антисвязывающая орбиталь расположена преимущественно у атома В. Электрон в связывающей МО теперь в основном локализован у атома В. Это означает, что связь является полярной ковалентной связью, т.е. поляризованы в сторону атома B (рис. \(\PageIndex{10}\)).

Рисунок \(\PageIndex{10}\) Пример ковалентного взаимодействия, происходящего, когда энергия между двумя атомными орбиталями несколько отличается

Теперь давайте сделаем очень большой разность энергий между двумя атомными орбиталями атомов A и B ( Рисунок \(\PageIndex{11}\)). В этом случае связывающая МО энергетически очень близка к атомной орбитали атома В и локализована почти исключительно на атоме В. Фактически связывающая МО очень напоминает атомную орбиталь атома В по форме, размеру и локализации. Другими словами, атомная орбиталь B почти не изменилась из-за очень слабого ковалентного взаимодействия, возникающего из-за большой разницы энергий между атомными орбиталями. Наоборот, разрыхляющая орбиталь энергетически очень близка к атомной орбитали атома А и почти полностью локализована у атома А. Разрыхляющая МО очень близка к атомной орбитали по форме, размерам и расположению. Из-за слабого ковалентного взаимодействия атомная орбиталь А почти не изменяется.

Рисунок \(\PageIndex{11}\) Ковалентное взаимодействие, происходящее, когда разница энергий между двумя атомными орбиталями очень велика.

Другой вывод, который мы можем сделать, заключается в том, что связывающие электроны расположены ближе к атому с атомной орбиталью с более низкой энергией, а разрыхляющие электроны расположены ближе к атомам с атомной орбиталью с более высокой энергией. Орбитальная энергия коррелирует с электроотрицательностью. Для орбиталей того же типа и тех же элементов орбитали с более высокой электроотрицательностью имеют более низкую энергию. Например, 2s-орбиталь фтора имеет более низкую энергию, чем 2s-орбиталь кислорода, потому что электроотрицательность фтора выше. Таким образом, связывающие электроны располагаются в основном у более электроотрицательного атома, а разрыхляющие электроны располагаются преимущественно у менее электроотрицательного атома. Когда занято достаточно разрыхляющих орбиталей, возможно, что общая полярность в молекуле такова, что дипольный момент указывает на более электроположительный атом. Примером может служить монооксид углерода, который слегка поляризован по отношению к атому углерода. Мы подробно обсудим МО-диаграмму монооксида углерода позже.

Критерий симметрии

Наконец, давайте рассмотрим критерий симметрии. Критерий симметрии говорит нам, возможно ли ковалентное взаимодействие между орбиталями на основе относительной ориентации орбиталей. Только если связывающие и разрыхляющие взаимодействия не компенсируются, связывающее взаимодействие возможно, и мы можем построить молекулярные орбитали из атомных орбиталей. Связывающие и разрыхляющие взаимодействия нейтрализуются, когда положительные и отрицательные интерференции из-за перекрытия орбит точно равны. Это можно определить путем осмотра орбитального перекрытия.

Например, давайте посмотрим на перекрытие орбиталей 1s-орбиталей водорода и 2p _z орбиталей кислорода в молекуле воды (рис. \(\PageIndex{12}\)).

Рисунок \(\PageIndex{12}\) Перекрытие орбиталей 1s-орбиталей водорода и 2p _z -орбиталей кислорода в молекуле воды

В молекуле воды орбитали ориентированы друг к другу определенным образом, потому что изогнутой структуры молекулы воды. Из-за изогнутой структуры молекулы воды 1s-орбитали по-разному перекрываются с двумя лепестками 2p _z молекула. Доля, направленная вниз, перекрывается сильнее, чем доля, направленная вверх, и эти две доли имеют разные фазы. Теперь мы выбираем фазы 1s-орбиталей так, чтобы связь была максимальной. Мы видим, что перекрытие 1s с орбиталью 2p _z дает больше конструктивных, чем деструктивных интерференций. Это равносильно утверждению, что связывающие и антисвязывающие взаимодействия не компенсируются. Следовательно, симметрия «правильная», мы можем построить молекулярные орбитали из этой комбинации атомных орбиталей.

Может ли 2p _x орбиталь кислорода объединяться с 1s-орбиталями атома водорода с образованием молекулярных орбиталей? Орбиталь 2p _x ориентирована по-другому относительно орбиталей 1s в молекуле H ₂ O (рис. \(\PageIndex{13}\)).

Рисунок \(\PageIndex{13}\) Перекрытие орбиталей 1s-орбиталей водорода и 2p _x орбиталей кислорода в молекуле воды показано в двух разных ориентациях

В этом случае мы должны выбрать фазы две 1s-орбитали должны быть разными, так что возможны связующие взаимодействия. Связывающие и разрыхляющие взаимодействия не компенсируются только в том случае, если левая 1s-орбиталь имеет ту же фазу, что и левая доля 2p _x орбиталь, а правая 1s орбиталь имеет ту же фазу, что и правая доля орбитали 2p _x . Если, например, мы выбрали обе 1s-орбитали в качестве одной и той же фазы, тогда связывающие взаимодействия между левой долей и левой 1s-орбиталью будут нейтрализованы столь же сильными антисвязывающими взаимодействиями между правой долей и правой 1s-орбиталью. Однако в целом мы видим, что если мы правильно выберем фазу 1s-орбиталей, то симметрия будет «правильной», и мы сможем создать молекулярные орбитали из атомных орбиталей.

Как насчет взаимодействия между орбиталями 1s и орбиталью 2p _y (рис. \(\PageIndex{14}\))?

Рисунок \(\PageIndex{14}\) Перекрытие орбиталей 1s-орбиталей водорода и 2p _y -орбиталей кислорода в молекуле воды показано в двух разных ориентациях

В этом случае две 1s-орбитали находятся в плоскость страницы и орбиталь 2p _y перпендикулярны ей. Это приводит к тому, что орбитали 1s в равной степени перекрываются с обеими долями 2p _и орбитальный. Поскольку два лепестка орбитали 2p _y должны иметь разные фазы, созидательные и деструктивные интерференции будут уравновешены, независимо от того, как мы выбрали фазы наших 1s-орбиталей. Это означает, что нет возможности создать орбитальное перекрытие, при котором связывающие и антисвязывающие взаимодействия не компенсируются. Следовательно, мы не можем получить молекулярные орбитали из комбинации 1s и 2p _y орбиталей. 2p _и не должны склеиваться. Вы сможете лучше увидеть отмену связывающего и разрыхляющего перекрытия орбиталей, если выберете свою координационную систему по-другому. Пусть ось Y направлена ​​вверх, а ось X — вправо (Рисунок \(\PageIndex{9}\), нижний). Теперь посмотрим на молекулу H ₂ O с точки зрения птицы, и орбиталь 2p _y ориентирована вертикально. Орбитали 1s все еще находятся на оси x. Теперь вы можете более четко увидеть перекрытие между орбиталями 1s и орбиталью 2p _y . Независимо от того, как мы выбираем фазу наших орбиталей, связывающие и разрыхляющие взаимодействия нейтрализуются.

До сих пор мы видели, что можно решить о «правильных» и «неправильных» симметриях путем проверки, но мы заметили, что это не тривиально. Как правило, чем сложнее становится молекула, тем труднее определить «правильную» и «неправильную» симметрию. В этом курсе мы ограничим обсуждение теории молекулярных орбиталей случаями, когда мы можем определить симметрию только визуально. В Advanced Inorganic мы будем использовать теорию групп в качестве инструмента, который поможет нам определить «правильную» и «неправильную» симметрию для орбитального перекрытия в более сложных молекулах.

Пример \(\PageIndex{1}\): Молекулярные орбитали

Предскажите, какой тип (если есть) молекулярных орбиталей получится в результате перекрытия каждой пары показанных орбиталей. Все орбитали одинаковы по энергии. Предположим, что ось z является осью соединения во всех случаях.

1. с + р _я
2. стр _х + стр _з
3. д _хз + д _хз
4. (\(д_{ху}\) + (\(д_{ху}\)

Решение

1. Они оба имеют электронную плотность вдоль оси связи, поэтому они образуют сигма-связывающую молекулярную орбиталь
2. Это не связывающее взаимодействие. Орбиталь p _x имеет узел на оси z, где она перекрывается с орбиталью p _z . Это означает, что нет чистого перекрытия и образуется связь любого типа.
3. Эти d-орбитали перпендикулярны оси связи и, следовательно, образуют пи-связь.
4. Эти d-орбитали ориентированы лицом к лицу вдоль оси связи, поэтому они образуют дельта-связывающую орбиталь.

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Обозначьте показанную молекулярную орбиталь как \(σ\),\(π\) или \(δ\), связывающая или разрыхляющая, и укажите, где находятся узлы.

Ответить

Орбиталь расположена вдоль межъядерной оси, поэтому является \(σ\)-орбиталью. Существует узел, делящий межъядерную ось пополам, поэтому это разрыхляющая орбиталь.

Авторы и авторство

• Адаптировано из

  Dr. Kai Landskron (Университет Лихай). Если вам нравится этот учебник, рассмотрите возможность сделать пожертвование для поддержки исследований автора в Университете Лихай: нажмите здесь, чтобы сделать пожертвование.