Строение метана

В молекуле метана каждый из четырех атомов водорода связан с атомом углерода ковалентной связью, т.е. за счет общей электронной пары. Если углерод связан с четырьмя другими атомами, его связывающие орбитали (sp³-орбитали, образующиеся в результате гибридизации одной s- и трех р-орбиталей) направлены к углам тетраэдра (рис. 1, а). При таком тетраэдрическом расположении орбитали максимально удалены друг от друга. Для того чтобы перекрывание каждой из этих орбиталей со сферической орбиталью атома водорода было наиболее эффективно и образовывалась наиболее прочная связь, необходимо, чтобы ядро каждого атома водорода располагалось в углу такого тетраэдра (рис. 1, б).

Рис. 1. ? Молекула метана

а - тетраэдрические sp³-орбитали;

б - предполагаемая форма: ядра водорода расположены так, что возможно максимальное перекрывание;

в - форма и размеры

Тетраэдрическая структура метана доказана методом дифракции электронов (рис. 1, в) - методом, который позволяет установить расположение атомов в таких простых молекулах. Ниже будут рассмотрены некоторые данные, на основании которых химики приняли тетраэдрическое строение атома углерода гораздо раньше, чем стали известны квантовая механика и метод дифракции электронов.

В формуле метана черточкой обычно обозначают каждую пару электронов, общую для углерода и водорода (I). В тех случаях, когда хотят сконцентрировать внимание на индивидуальной паре электронов, ее иногда обозначают двумя точками (II). И наконец, если рассматривается реальная форма молекулы, то используется простое изображение в трех измерениях (Ш).