Кратность связи. 
Делокализация

Часто приходится встречаться с таким явлением, когда атом насыщает свои валентные возможности путем образования кратных связей. Кратные связи — эго ковалентные связи, образованные более чем одной парой электронов. Так, строение молекул С0₂ и С₂Н₄ лучше всего описывается следующими электронными формулами:

Образование кратных связей связано с наложением на a-связь ли 5-связей. Так, в линейной молекуле С0₂ атом углерода связан с каждым из атомов кислорода двойными связями. Первая связь, называемая a-связью, имеет максимальную электронную плотность. Для этой связи линия, соединяющая атомные ядра, является осью симметрии. Атом углерода находится в sp — гибридном состоянии. о-Связь возникает при «лобовом» перекрывании орбиталей. Вторая связь (л-связь) между углеродом и кислородом возникает в результате бокового перекрывания двух параллельно ориентированных атомных орбиталей. В данном случае перекрываются р-орбитали углерода и кислорода, перпендикулярно направленные к плоскости о-связи (рис. 4.19,4.20). Следовательно, л-связь отличается по пространственно;

Рис. 4.19. Перекрывание атомных /7-орбиталей при образовании л-связи

Рис. 4.20. Распределение электронной плотности для связывающей л-орбитали

му распределению и характеру от a-связи. Итак, в молекуле С0₂ атом углерода связан с каждым из атомов кислорода одной а- и одной л-связью.

В молекуле этилена атом углерода находится в состоянии^{-гибридизации,} т. е. в гибридизацию вовлекаются одна s- и две р-орбитали, а одна р-орбиталь находится «в чистом виде». Три гибридныезр²-орбитали каждого атома углерода образуют одну су-связь между С—С и по две С—Н. Оставшиеся негибридизированные р-орбитали каждого атома углерода за счет бокового перекрывания образуют вторую связь — тг-связь, которая направлена перпендикулярно плоскости су-связи. Таким образом, в молекуле С₉Н₄ имеются пять су-связей и одна тг-связь (рис. 4.21).

Рис. 4.21. Строение молекулы этилена

В молекуле азота атомы связаны тройной связью. При образовании Н₂ каждый из атомов находится в .vp-гибридном состоянии, поэтому между ними формируется одна су-связь и две тг-связи. Последние образуются за счет двух «чистых» негибридных р-орбиталей и ориентированы взаимно перпендикулярно.

Повышение кратности связи приводит к упрочению межатомной связи и уменьшению ее длины. Так в молекулах этана, этилена и ацетилена длины связей равны:

Изучение свойств суи 7Г-связей указывает на то, что локализация относится только к су-связям, а в л-связях наблюдается так называемая делокализация. В качестве примера рассмотрим строение карбонат-иона СОз", имеющего треугольную форму. За счет своих гибридных 5р²-орбиталей атом углерода образует три су-связи, располагающиеся относительно друг друга под углом 120°. Четвертый электрон углерода образует л-связь. Один из атомов кислорода связан с атомом углерода двойной связью — одной а- и одной 71-связью:

т.е. его насыщение достигается за счет образования л-связи. Два других атома кислорода насыщают свою валентность за счет присоединения по одному электрону. Приведенная структура СО² -иона имеет один существенный недостаток, заключающийся в том, что в ней л-связь показана локализованной, а это противоречит экспериментальным данным. В действительности же все связи здесь равноценны, поэтому исходя из теории МВС строение С0₃ должно быть изображено не одной схемой, а набором трех равноценных резонансных структур:

Для более краткой записи обычно пользуются одной формулой, в которой делокализированное тг-электронное облако показывается пунктиром:

Структура (IV) является резонансным гибридом структур (I—III). Аналогично может быть представлена структура N0₃: