Хибридизациясе нарича хипотетичен процес на смесване от различни видове, но близки по енергия, орбитали на даден атом с появата на същия брой нови (хибридни 1) орбитали, идентични по енергия и форма.
Хибридизацията на атомни орбитали се случва по време на образуването на ковалентни връзки.
Хибридните орбитали имат формата на триизмерна асиметрична осмица, силно удължена на една страна от атомното ядро :.
Тази форма причинява по -силно припокриване на хибридни орбитали с орбитали (чисти или хибридни) на други атоми, отколкото в случая на чисти атомни орбитали и води до образуването на по -силни ковалентни връзки. Следователно, енергията, изразходвана за хибридизацията на атомни орбитали, се компенсира повече от освобождаването на енергия поради образуването на по -силни ковалентни връзки с участието на хибридни орбитали. Името на хибридните орбитали и видът на хибридизация се определят от броя и вида на атомните орбитали, участващи в хибридизацията, например: sp-, sp 2 -, sp 3 -, sp 2 д- илиsp 3 д 2 -хибридизация.
Посоката на хибридните орбитали, а оттам и геометрията на молекулата, зависят от вида на хибридизацията. На практика обикновено се решава обратната задача: първо, експериментално се установява геометрията на молекулата, след което се описват видът и формата на хибридните орбитали, участващи в нейното образуване.
sp -Хибридизация. Два хибрида sp- в резултат на взаимно отблъскване орбитали са разположени спрямо атомното ядро по такъв начин, че ъгълът между тях е 180 ° (фиг. 7).
Ориз. 7. Взаимно подреждане в пространството на двама sp- хибридни орбитали от един атом: а -повърхности, покриващи области на пространството, където вероятността за присъствие на електрон е 90%; б -условно изображение.
В резултат на това подреждане на хибридни орбитали молекулите от състава AX 2, където A е централният атом, имат линейна структура, тоест ковалентните връзки и на трите атома са разположени на една права линия. Например в държава sp- хибридизация са валентните орбитали на бериловия атом в молекулата BeCl 2 (фиг. 8). Линейна конфигурация се дължи на sp- Хибридизации на валентни орбитали на атомите също се наблюдават в BeH 2, Be (CH 3) 2, ZnCl 2, CO 2, HC≡N и редица други.
Ориз. 8. Триатомна линейна молекула берилиев хлорид BeCl 2 (в газообразно състояние): 1 - 3R- Cl атом орбитален; 2 - две sp- хибридни орбитали на атома Be.
с R 2 -Хибридизация. Помислете за хибридизацията на един с- и две R-орбитали. В този случай, в резултат на линейна комбинация от три орбитали, три хибридни сR 2 -орбитални. Те са разположени в една и съща равнина под ъгъл от 120 ° един спрямо друг (фиг. 9). сR 2 -Хибридизацията е характерна за много борни съединения, които, както е показано по -горе, във възбудено състояние имат три несдвоени електрона: един с- и две R-електрон. Припокриващи се сR 2 -орбитали на боровия атом с орбитали на други атоми, се образуват три ковалентни връзки, еквивалентни по дължина и енергия. Молекули, в които валентните орбитали на централния атом са в състояние сR 2 -хибридизация, имат триъгълна конфигурация. Ъглите между ковалентните връзки са 120 °. Способен на сR 2 -хибридизацията са валентните орбитали на боровите атоми в молекули BF 3, BC1 3, въглеродни и азотни атоми в CO 3 2 -, NO 3 -аниони.
Ориз. 9. Взаимно подреждане в пространство от три сR 2 -хибридни орбитали.
с R 3 -Хибридизация. Веществата са много разпространени в молекулите, от които централният атом съдържа четири сR 3 -орбитали, образувани в резултат на линейна комбинация от едно с- и три R-орбитали. Тези орбитали са разположени под ъгъл 109˚28 ′ една спрямо друга и насочени към върховете на тетраедра, в центъра на които има атомно ядро (фиг. 10 а).
Образуване на четири еквивалентни ковалентни връзки поради припокриване сR 3 -орбитали с орбитали на други атоми е характерно за въглеродните атоми и други елементи от групата IVA; това определя тетраедричната структура на молекулите (CH 4, CC1 4, SiH 4, SiF 4, GeH 4, GeBr 4 и т.н.).
Ориз. 10. Влияние на несвързани електронни двойки върху геометрията на молекулите:
а- метан (без необвързващи електронни двойки);
б- амоняк (една необвързваща електронна двойка);
v- вода (две необвързващи двойки).
Самотни електронни двойки хибридна орбита леи . Във всички разгледани примери, хибридните орбитали са "заселени" от единични електрони. Не е необичайно обаче хибридната орбитала да бъде "населена" от електронна двойка. Това се отразява на геометрията на молекулите. Тъй като несвързващата електронна двойка е засегната от ядрото само на собствен атом, а свързващата електронна двойка е под влияние на две атомни ядра, несвързващата електронна двойка е по-близо до атомното ядро, отколкото свързващата. В резултат на това несвързващата електронна двойка отблъсква свързващите електронни двойки по-силно, отколкото те отблъскват една друга. Графично, за по-голяма яснота, голямата отблъскваща сила, действаща между несвързващите и свързващите електронни двойки, може да бъде изобразена като по-голяма електронна орбитала на несвързващата двойка. Двойка несвързващи електрони съществува, например, при азотния атом в молекулата на амоняка (фиг. 10 б). В резултат на взаимодействие със свързващи електронни двойки ъглите на връзката H-N-H се намаляват до 107,78 ° в сравнение със 109,5 °, характерно за правилен тетраедър.
Още по-голямо отблъскване се получава чрез свързване на електронни двойки във водна молекула, където кислородният атом има две несвързани електронни двойки. В резултат ъгълът на свързване H-O-H във молекулата на водата е 104,5 ° (фиг. 10 v).
Ако несвързваща електронна двойка, в резултат на образуването на ковалентна връзка от донорно-акцепторния механизъм, се превърне в свързваща, тогава отблъскващите сили между тази връзка и другите ковалентни връзки в молекулата се изравняват; ъглите между тези връзки също са подравнени. Това се случва например с образуването на амониев катион:
Участие в хибридизация д -орбитали. Ако енергията на атома д- орбитали не се различава много от енергиите с- и R-орбитали, тогава те могат да участват в хибридизация. Най -често срещаният тип хибридизация, включващ д- орбитали е сR 3 д 2 - хибридизация, което води до образуването на шест хибридни орбитали, еквивалентни по форма и енергия (фиг. 11 а), разположени под ъгъл 90˚ един спрямо друг и насочени към върховете на октаедъра, в центъра на който има атомно ядро. Октаедър (фиг. 11 б) – е правилен октаедър: всички ръбове в него са с еднаква дължина, всички лица са правилни триъгълници.
Ориз. единадесет. сR 3 д 2 - Хибридизация
По -рядко срещани сR 3 д- хибридизация с образуването на пет хибридни орбитали (фиг. 12 а), насочени към върховете на тригоналната бипирамида (фиг. 12 б). Тригонална бипирамида се образува чрез съединяване на две равнобедрени пирамиди с обща основа - правилен триъгълник. Удебелени щрихи на фиг. 12 бса показани ръбове с еднаква дължина. Геометрично и енергийно сR 3 д- хибридните орбитали са неравни: три „екваториални“ орбитали са насочени към върховете на правилен триъгълник и две „аксиални“ - нагоре и надолу, перпендикулярно на равнината на този триъгълник (фиг. 12 v). Ъглите между "екваториалните" орбитали са равни на 120 °, както за сR 2 - хибридизация. Ъгълът между "аксиалната" и която и да е от "екваториалните" орбитали е 90 °. Съответно, ковалентните връзки, които се образуват с участието на "екваториални" орбитали, се различават по дължина и енергия от връзките, в образуването на които участват "аксиалните" орбитали. Например, в молекулата PC1 5, "аксиалните" връзки са с дължина 214 pm, а "екваториалните" са с дължина 202 pm.
Ориз. 12. сR 3 д- Хибридизация
По този начин, като се имат предвид ковалентните връзки в резултат на припокриващи се атомни орбитали, е възможно да се обясни геометрията на получените молекули и йони, която зависи от броя и вида на атомните орбитали, участващи в образуването на връзки. Концепцията за хибридизация на атомни орбитали е необходимо да се разбере, че хибридизацията е условна техника, която ви позволява визуално да обясните геометрията на молекулата чрез комбинация от АО.
Многоатомна молекула с вид на идентични орбитали, еквивалентни по техните характеристики.
Колегиален YouTube
1 / 3
Хибридизация на електронни орбитали
Цитология. Лекция 46. Орбитална хибридизация
Sp3 хибридни орбитали
Субтитри
Концепция за хибридизация
Концепция за хибридизация на валентни атомни орбиталибеше предложен от американския химик Линус Полинг, за да отговори на въпроса защо, когато централният атом има различни (s, p, d) валентни орбитали, връзките, образувани от него в многоатомни молекули със същите лиганди, са еквивалентни по своите енергийни и пространствени характеристики .
Концепцията за хибридизация е централна за метода на валентната връзка. Самата хибридизация не е реален физически процес, а само удобен модел, който дава възможност да се обясни електронната структура на молекулите, по -специално хипотетичните модификации на атомните орбитали по време на образуването на ковалентна химическа връзка, по -специално подравняването на химичната дължини на връзката и ъгли на свързване в молекулата.
Концепцията за хибридизация беше успешно приложена към качественото описание на прости молекули, но по -късно беше разширена и за по -сложни. За разлика от теорията за молекулярните орбитали, тя не е строго количествена, например не е в състояние да предвиди фотоелектронните спектри дори на такива прости молекули като водата. В момента се използва главно за методологични цели и в синтетичната органична химия.
Този принцип е отразен в теорията за отблъскване на електронни двойки Гилеспи - Нихолм, първото и най -важно правило, формулирано по следния начин:
"Електронните двойки заемат такова разположение върху валентната обвивка на атома, при което са максимално отдалечени един от друг, тоест електронните двойки се държат така, сякаш взаимно се отблъскват."Второто правило беше, че "Всички електронни двойки, включени във валентната електронна обвивка, се считат за разположени на същото разстояние от ядрото".
Видове хибридизация
sp-хибридизация
Възниква, когато се смесят една s- и една p-орбитали. Образуват се две еквивалентни sp-атомни орбитали, разположени линейно под ъгъл от 180 градуса и насочени в различни посоки от ядрото на централния атом. Двете останали нехибридни р-орбитали са разположени във взаимно перпендикулярни равнини и участват в образуването на π-връзки или са заети от несподелени електронни двойки.
sp 2 -хибридизация
Възниква при смесване на една s и две р орбитали. Образуват се три хибридни орбитали с оси, разположени в една и съща равнина и насочени към върховете на триъгълника под ъгъл от 120 градуса. Нехибридната р-атомна орбитала е перпендикулярна на равнината и по правило участва в образуването на π-връзки
sp 3 -хибридизация
Това се случва, когато се смесят една s- и три р-орбитали, образувайки четири sp 3-хибридни орбитали, еквивалентни по форма и енергия. Те могат да образуват четири σ-връзки с други атоми или да бъдат изпълнени с самотни двойки електрони.
Осите на sp 3 -хибридни орбитали са насочени към върховете на тетраедъра, докато ядрото на централния атом се намира в центъра на описаната сфера на този тетраедър. Ъгълът между две оси е приблизително 109 ° 28 ", което съответства на най -ниската енергия на отблъскване на електроните. Също sp 3 -орбитали могат да образуват четири σ -връзки с други атоми или да бъдат запълнени с единични двойки електрони. Това състояние е типично за въглеродни атоми в наситени въглеводороди и съответно в алкилови радикали и техните производни.
Хибридизация и молекулярна геометрия
Концепцията за хибридизация на атомни орбитали е в основата на теорията за отблъскване на електронни двойки Гилеспи-Нихолм. Всеки тип хибридизация съответства на строго определена пространствена ориентация на хибридните орбитали на централния атом, което позволява да се използва като основа за стереохимични концепции в неорганичната химия.
Таблицата показва примери за съответствие между най -често срещаните типове хибридизация и геометричната структура на молекулите при предположението, че всички хибридни орбитали участват в образуването на химични връзки (няма самотни електронни двойки).
| Тип хибридизация | Номер хибридни орбитали |
Геометрия | Структура | Примери за |
|---|---|---|---|---|
| sp | 2 | Линейно |
BeF 2, CO 2, NO 2 + |
|
| sp 2 | 3 | Триъгълна |
|
BF 3, NO 3 -, CO 3 2- |
| sp 3 | 4 | Тетраедрален |
|
CH 4, ClO 4 -, SO 4 2-, NH 4 + |
| dsp 2 | 4 | Квадрат |
Задача 261.
Какви видове хибридизация на въглеродни АО отговарят на образуването на молекули СН 4, C2H6, C2H4, C2H2?
Решение:
а) В молекули СН 4 и C2H6 Валентният електронен слой на въглероден атом съдържа четири електронни двойки:
Следователно, електронните облаци на въглеродния атом в молекулите CH 4, C 2 H 6 ще бъдат максимално отдалечени един от друг по време на sp3 хибридизацията, когато техните оси са насочени към върховете на тетраедъра. В този случай в молекулата СН 4 всички върхове на тетраедъра ще бъдат заети от водородни атоми, така че молекулата СН4 има тетраедрична конфигурация с въглероден атом в центъра на тетраедъра. В молекулата C 2 H 6 водородните атоми заемат три върха на тетраедъра, а общ електронен облак от друг въглероден атом е насочен към четвъртия връх, т.е. два въглеродни атома са свързани помежду си. Това може да бъде представено с диаграми:
б) В молекулата C 2 H 4, валентният електронен слой на въглеродния атом, както в молекулите CH 4, C 2 H 6. съдържа четири електронни двойки:
По време на образуването на C 2 H 4 се образуват три ковалентни връзки по обичайния механизъм, т.е. са - връзки, и един - - линк. Когато се образува молекула C 2 H 4, всеки въглероден атом има два водородни атома - връзки и помежду си две връзки, една - и една - връзки. Хибридни облаци, съответстващи на този тип хибридизация, са разположени във въглеродния атом, така че взаимодействието между електроните е минимално, т.е. възможно най -далеч един от друг. Това подреждане на въглеродните атоми (две двойни връзки между въглеродните атоми) е характерно за sp 2 -хибридизацията на въглеродни АО. По време на sp 2 хибридизацията електронните облаци във въглеродните атоми са ориентирани в посоки, лежащи в една и съща равнина и създаващи ъгли от 120 0 помежду си, т.е. в посоките към върховете на правилния триъгълник. В молекулата на етилен три sp 2 -хибридни орбитали на всеки въглероден атом участват в образуването на връзки, две между два водородни атома и една с втория въглероден атом, а връзка се образува поради р -електронните облаци на всеки въглерод атом. Структурната формула на молекулата C 2 H 4 ще бъде:
в) В молекулата C 2 H 2 валентният електронен слой на въглеродния атом съдържа четири двойки електрони:
Структурната формула C 2 N 2 има формата:
Всеки въглероден атом е свързан с една електронна двойка с водороден атом и три електронни двойки с друг въглероден атом. По този начин, в молекулата на ацетилена, въглеродните атоми са свързани помежду си чрез една β-връзка и две β-връзки. С водород всеки въглероден атом е свързан чрез -връзка. Образуването на - връзки включва две sp -хибридни АО, които са разположени една спрямо друга, така че взаимодействието между тях е минимално, т.е. възможно най -далеч един от друг. Следователно, по време на sp-хибридизацията, електронните облаци между въглеродните атоми са ориентирани в противоположни посоки един спрямо друг, т.е. ъгълът между връзките С-С е 180 0. Следователно молекулата C 2 H 2 има линейна структура:
Задача 262.
Посочете типа хибридизация на силициеви АО в молекули SiH 4 и SiF 4. Полярни ли са тези молекули?
Решение:
В молекулите на SiH 4 и SiF 4 валентният електронен слой съдържа четири двойки електрони:
Следователно и в двата случая електронните облаци на силициевия атом ще бъдат максимално отдалечени един от друг по време на sp 3 хибридизацията, когато техните оси са насочени към върховете на тетраедъра. В този случай в молекулата SiH 4 всички върхове на тетраедъра са заети от водородни атоми, а в молекулата SiF 4 - от флуорни атоми, така че тези молекули имат тетраедрична конфигурация със силициев атом в центъра на тетраедър:
В тетраедричните молекули SiH 4 и SiF 4 диполните моменти на връзките Si-H и Si-F взаимно се компенсират, така че общите диполни моменти на двете молекули ще бъдат нула. Тези молекули са неполярни въпреки полярността на връзките Si-H и Si-F.
Задача 263.
В молекулите SO 2 и SO 3 серният атом е в sp 2 -хибридизационно състояние. Полярни ли са тези молекули? Каква е тяхната пространствена структура?
Решение:
По време на sp 2 -хибридизацията, хибридните облаци се намират в серния атом в посоки, лежащи в една и съща равнина и създаващи ъгли от 120 0 помежду си, т.е. насочени към върховете на правилен триъгълник.
а) В молекулата SO 2, две sp 2 -хибридни АО образуват връзка с два кислородни атома, третата sp 2 -хибридна орбитала ще бъде заета от двойка свободни електрони. Тази електронна двойка ще измести електронната равнина и молекулата SO 2 ще приеме формата на неправилен триъгълник, т.е. ъгълът на OSO няма да бъде 120 0. Следователно, молекулата SO 2 ще има ъглова форма в случай на sp 2 -хибридизация на орбитали на атома, структурата:
В молекулата SO 2 не възниква взаимна компенсация на диполните моменти на S-O връзките; диполният момент на такава молекула ще има стойност по -голяма от нула, т.е. молекулата е полярна.
б) В ъгловата молекула SO 3 и трите sp2-хибридни АО образуват връзка с три кислородни атома. Молекулата SO 3 ще има формата на плосък триъгълник със sp 2 -хибридизация на серния атом:
В триъгълна SO 3 молекула диполните моменти на S-O връзките взаимно се компенсират, така че общият диполен момент ще бъде нула, молекулата е полярна.
Задача 264.
Когато SiF4 взаимодейства с HF, се образува силна киселина H 2 SiF 6, която се дисоциира на Н + и SiF 6 2- йони. Може ли реакцията между CF 4 и HF да протече по подобен начин? Посочете типа хибридизация на силициев АО в SiF 6 2- йона.
Решение:
а) При възбуждане силициевият атом преминава от състоянието 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 в състояние 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 4 3d 0, а електронната структура на валентните орбитали съответства на схемата :
Четири несдвоени електрона на възбуден силициев атом могат да участват в образуването на четири ковалентни връзки по обичайния механизъм с флуорни атоми (1s 2 2s 2 2p 5), всеки от които има един недвоен електрон, за да образува молекулата SiF 4.
Когато SiF 4 взаимодейства с HF, се образува киселината H 2 SiF 6. Това е възможно, защото молекулата SiF 4 съдържа свободни 3d орбитали, а йонът F- (1s 2 2s 2 2p 6) съдържа свободни двойки електрони. Връзката се осъществява съгласно донорно -акцепторния механизъм поради двойката електрони на всеки от двата йона F -(HF ↔ H + + F -) и свободните 3d -орбитали на молекулата SiF 4. В този случай се образува SiF 6 2- йон, който с Н + йони образува киселинна молекула H 2 SiF 6.
б) Въглеродът (1s 2 2s 2 2p 2) може да образува, подобно на силиций, съединението CF 4, докато валентните възможности на въглеродния атом ще бъдат изчерпани (няма неспарени електрони, свободни електронни двойки и свободни валентни орбитали при валентността ниво). Структурната диаграма на валентните орбитали на възбуден въглероден атом е следната:
Когато се образува CF 4, всички валентни орбитали на въглерода са заети, така че йонът не може да се образува.
В молекулата SiF 4 валентният електронен слой на силициевия атом съдържа четири двойки електрони:
Същото се наблюдава и за молекулата CF 4. следователно и в двата случая електронните облаци от силициеви и въглеродни атоми ще бъдат максимално отдалечени един от друг по време на sp3 хибридизацията. Когато техните оси са насочени към върховете на тетраедра:
Методът на хибридизация на атомни орбитали се основава на предположението, че когато се образува молекула, вместо оригиналните атомни и -електронни облаци се образуват еквивалентни „смесени“ или хибридни електронни облаци, които се простират към съседните атоми, поради което се постига по -пълното им припокриване с електронните облаци на тези атоми ... Такава деформация на електронни облаци изисква консумация на енергия. Но по -пълно припокриване на валентните електронни облаци води до образуването на по -силна химическа връзка и следователно до допълнително увеличаване на енергията. Ако това увеличение на енергията е достатъчно, за да компенсира повече консумацията на енергия за деформацията на първоначалните атомни електронни облаци, такава хибридизация в крайна сметка води до намаляване на потенциалната енергия на образуваната молекула и следователно до увеличаване на нейната стабилност .
Нека разгледаме като пример за хибридизация образуването на молекула на берилиев флуорид. Всеки флуорен атом в тази молекула има един недвоен електрон,
който участва в образуването на ковалентна връзка. Бериловият атом в невъзбудено състояние на несдвоени електрони няма:
Следователно, за да участва в образуването на химически връзки, бериловият атом трябва да премине в възбудено състояние:
Полученият възбуден атом има два несдвоени електрона: електронният облак на единия от тях съответства на състоянието, другият -. Когато тези електронни облаци се припокриват с р-електронните облаци на два флуорни атома, могат да се образуват ковалентни връзки (фиг. 38).
Както вече беше споменато, когато се изразходва известна енергия, вместо оригиналните s- и р-орбитали на атома на берилия, могат да се образуват две еквивалентни хибридни орбитали (-орбитали). Формата и местоположението на тези орбитали са показани на фиг. 39, което показва, че хибридните α-орбитали са разширени в противоположни посоки.
Припокриването на хибридни β-електронни облаци на берилиевия атом с р-електронни облаци от флуорни атоми е показано на фиг. 40.
Ориз. 38. Схема на припокриване на -електронните облаци на флуорните атоми с и -електронните облаци на атома на берилия (за всяка връзка поотделно). Припокриващите се области на електронните облаци са засенчени.
Ориз. 39. Форма (схематично представяне) и взаимно подреждане на хибридно -електронни облаци на бериловия атом (за всяка хибридна орбитала поотделно).
Ориз. 40. Диаграма на образуване на химични връзки в молекула. За по-голяма простота, хибридните β-електронни облаци на атома на берилия не са изобразени напълно.
Поради удължената форма на хибридните орбитали се постига по -пълно припокриване на взаимодействащите електронни облаци, което означава, че се образуват по -силни химически връзки. Енергията, отделена по време на образуването на тези връзки, е по -голяма от общата консумация на енергия за възбуждане на атома на берилия и хибридизацията на неговите атомни орбитали. Следователно процесът на образуване на молекули е енергийно благоприятен.
Разглежданият случай на хибридизация на една s- и една р -орбитала, водещ до образуването на две -орбитали, се нарича -хибридизация. Както Фиг. 39, -орбитали са ориентирани в противоположни посоки, което води до линейна структура на молекулата. Всъщност молекулата е линейна и двете връзки в тази молекула са еквивалентни във всички отношения.
Възможни са и други случаи на хибридизация на атомни орбитали, но броят на получените хибридни орбитали винаги е равен на общия брой начални атомни орбитали, участващи в хибридизацията. Така че, по време на хибридизацията на една s- и две р-орбитали (-хибридизация-гласи "es-pe-two"), се образуват три еквивалентни-орбитали. В този случай хибридните електронни облаци са разположени в посоки, лежащи в една и съща равнина и ориентирани под ъгли от 120 ° една спрямо друга (фиг. 41). Очевидно този тип хибридизация съответства на образуването на плоска триъгълна молекула.
Пример за молекула, в която се провежда β-хибридизация, е молекула на борен флуорид. Тук, вместо първоначалната една s- и две р-орбитали на възбудения борен атом
се образуват три еквивалентни α-орбитали. Следователно молекулата е изградена под формата на правилен триъгълник, в центъра на който има борен атом, а във върховете има флуорни атоми. И трите връзки в молекулата са еквивалентни.
Ако в хибридизацията участват един s- и три p-орбитали (- хибридизация), в резултат на това се образуват четири хибридни-орбитали, удължени в посоки към върховете на тетраедъра, тоест ориентирани под ъгли един към друг (Фиг. 42). Такава хибридизация се случва например в възбуден въглероден атом по време на образуването на молекула метан.
Ориз. 41. Взаимно подреждане на хибридно -електронни облаци.
Ориз. 42. Взаимно подреждане на хибридно-електронни облаци.
Следователно молекулата на метана има формата на тетраедър и четирите връзки в тази молекула са еквивалентни.
Нека се върнем към разглеждането на структурата на водната молекула. По време на образуването му настъпва -хибридизация на кислородни атомни орбитали. Ето защо ъгълът на свързване на НОН в молекулата е близък не до, а до тетраедричния ъгъл. Леката разлика на този ъгъл от 109,5 ° може да бъде разбрана, ако вземем предвид неравното състояние на електронните облаци, обграждащи кислородния атом във молекулата на водата. Наистина, в молекулата на метан (I)
всички осем електрона, заемащи хибридните орбитали във въглеродния атом, участват в образуването на ковалентни връзки. Това води до симетрично разпределение на електронните облаци по отношение на ядрото на въглеродния атом. Междувременно в една молекула само четири от осемте електрона, заемащи хибридните орбитали на кислородния атом, образуват връзки, а две електронни двойки остават самотни, т.е. принадлежат само на кислородния атом. Това води до известна асиметрия в разпределението на електронните облаци, обграждащи кислородния атом, и вследствие на това до отклонение на ъгъла между връзките от.
Когато се образува амонячна молекула, се появяват и атомни орбитали на централния атом (азот). Ето защо ъгълът на свързване е близо до тетраедричен. Леката разлика на този ъгъл от 109,5 ° се обяснява, както във водната молекула, с асиметрията в разпределението на електронните облаци около ядрото на азотния атом: от четири електронни двойки, три участват в образуването на N - H облигации, а едната остава неподелена.
Както е показано на фиг. 39, 41 и 42, хибридните електронни облаци са изместени спрямо атомното ядро.
Следователно центърът на електрическия заряд на самотната електронна двойка, разположен в хибридната орбитала, не съвпада с положението на атомното ядро, т.е. с центъра на положителния заряд, присъстващ в атома. Такова изместване на заряда на самотната електронна двойка води до появата на диполен момент, който има значителен принос за общия диполен момент на молекулата. От това следва, че полярността на молекулата зависи не само от полярността на отделните връзки и тяхното взаимно подреждане (виж § 40), но и от наличието на самотни електронни двойки в хибридни орбитали и от пространственото разположение на тези орбитали .
В елементите на третия и следващите периоди, β-орбитали могат също да участват във формирането на хибридни електронни облаци. Случаят на β-хибридизация е особено важен, когато една, три и две α-орбитали участват в образуването на хибридни орбитали. В този случай се образуват шест еквивалентни хибридни орбитали, удължени към върховете на октаедъра. Октаедричната структура на молекула, йони и много други се обяснява с хибридизацията на атомните орбитали на централния атом.
| Единична (σ) | Двойно (σ + π) | Тройна (σ + π + π) |
| С - С С - Н С - О H - Cl | C = O C = C O = O | С≡С С≡N N≡N |
Хибридизация
Ако един атом е свързан с други атоми чрез РАВНИ ВРЪЗКИ, но в образуването им участват различни типове орбитали, тогава се използва методът ХИБРИДИЗАЦИЯ.
Пример:Молекулата СН 4 има формата на правилен тетраедър, при който всичките 4 връзки имат еднаква дължина, здравина и са под еднакви ъгли една спрямо друга.
Въпреки това, при четиривалентен въглероден атом, електроните са разположени в три р-орбитали и една s-орбитала. Те са различни по енергия, форма и са разположени по различен начин в космоса.
За обяснение се използва понятието ХИБРИДИЗАЦИЯ:
От четири атомни орбитали се образуват 4 нови,
хибридорбитали, които в космоса са разположени НА МАКСИМАЛНОТО РАЗСТОЯНИЕ НА ЕДИН ДРУГИ. Това е правилен тетраедър, ъглите между връзките са 109 ° 29´.
Тъй като една s и три p-черупки участват в образуването на четири връзки, този тип хибридизация се обозначава sp 3
В зависимост от броя и вида на орбитали, които участват в хибридизацията, се разграничават следните видове хибридизация:
1) sp-хибридизация. Включени са една s-орбитала и една p-орбитала. Молекулата има линейна структура, ъгълът на връзката е 180 0.
2) sp 2 -хибридизация. Включени са една s-орбитала и две р-орбитали. Молекулата е разположена в равнина (краищата на хибридните орбитали са насочени към върховете на равностранен триъгълник), ъгълът на връзката е 120 0.
3) sp 3 -хибридизация. Включени са една s-орбитала и три р-орбитали. Молекулата има тетраедрична форма, ъгълът на връзката е 109.28 0.
Как да определим типа хибридизация?
1. Хибридизацията включва сигма връзки и ИНДИВИДУАЛНИ ЙОННИ ДВОЙКИ.
2. Общият брой на участващите орбитали на сигма връзки + електронни двойки = броят на хибридните орбитали и определя вида на хибридизацията.
Упражнение:определят типа хибридизация на въглеродния атом в молекулата на фосгена.
O = C - Cl
1) въглеродът образува 2 единични връзки (това са сигма връзки) и една двойна връзка (сигма + пи) .Всички 4 електрона на въглерода участват в образуването на тези връзки.
2) по този начин ТРИ SIGMA връзки ще участват в хибридизацията. то sp 2 - хибридизация, молекулата има формата плосък триъгълник. Pi-връзката се намира перпендикулярно на равнината на този триъгълник.
Зареждане ...