Hibridizācijair hipotētisks process, kurā notiek dotā atoma orbitāļu dažāda veida, bet enerģētiski līdzīgas sajaukšanas process ar tādu pašu skaitu jaunu (hibrīda 1) orbitāļu, kas ir identiskas pēc enerģijas un formas.

Hibridizācija atomu orbitāles rodas kovalento saišu veidošanās laikā.

Hibrīdām orbitālēm ir trīsdimensiju asimetriskas astoņas figūras forma, kas ir stipri izstiepta līdz vienai atoma kodola pusei: .

Šī forma izraisa spēcīgāku hibrīdu orbitāļu pārklāšanos ar citu atomu orbitālēm (tīrām vai hibrīdām) nekā tīru atomu orbitāļu gadījumā un izraisa spēcīgāku kovalento saišu veidošanos. Tāpēc enerģiju, kas iztērēta atomu orbitāļu hibridizācijai, vairāk nekā kompensē enerģijas izdalīšanās, ko izraisa spēcīgāku kovalento saišu veidošanās, iesaistot hibrīda orbitāles. Hibrīdu orbitāļu nosaukumus un hibridizācijas veidu nosaka hibridizācijā iesaistīto atomu orbitāļu skaits un veids, piemēram: sp-, sp 2 -, sp 3 -, sp 2 d- vaisp 3 d 2 - hibridizācija.

Hibrīdu orbitāļu orientācija un līdz ar to arī molekulas ģeometrija ir atkarīga no hibridizācijas veida. Praksē parasti tiek atrisināta apgrieztā problēma: vispirms eksperimentāli tiek noteikta molekulas ģeometrija, pēc kuras tiek aprakstīts tās veidošanā iesaistīto hibrīdu orbitāļu veids un forma.

sp - Hibridizācija. Divi hibrīdi sp- Savstarpējas atgrūšanās rezultātā orbitāles atrodas attiecībā pret atoma kodolu tā, ka leņķis starp tām ir 180° (7. att.).

Rīsi. 7. Savstarpēja atrašanās vieta divi sp- viena atoma hibrīdas orbitāles: A - virsmas, kas aptver telpas apgabalus, kuros elektrona klātbūtnes iespējamība ir 90%; b - nosacīts attēls.

Šāda hibrīdu orbitāļu izkārtojuma rezultātā molekulām ar sastāvu AX 2, kur A ir centrālais atoms, ir lineāra struktūra, tas ir, visu trīs atomu kovalentās saites atrodas uz vienas taisnas līnijas. Piemēram, štatā sp- hibridizācija, berilija atoma valences orbitāles atrodas BeCl 2 molekulā (8. att.). Lineāra konfigurācija, jo sp- Molekulām BeH 2, Be(CH 3) 2, ZnCl 2, CO 2, HC≡N un daudzām citām arī ir atomu valences orbitāļu hibridizācija.

Rīsi. 8. Berilija hlorīda BeC1 2 trīsatomiskā lineārā molekula (gāzveida stāvoklī): 1 - 3R- Cl atoma orbitāle; 2 - divi sp- Be atoma hibrīdās orbitāles.

s R 2 - Hibridizācija. Apskatīsim viena hibridizāciju s- un divi R- orbitāles. Šajā gadījumā trīs orbitāļu lineāras kombinācijas rezultātā rodas trīs hibrīda orbitāles sR 2 - orbitāles. Tie atrodas vienā plaknē 120° leņķī viens pret otru (9. att.). sR 2 -Hibridizācija ir raksturīga daudziem bora savienojumiem, kuriem, kā parādīts iepriekš, ierosinātā stāvoklī ir trīs nepāra elektroni: viens s- un divi R- elektrons. Kad pārklājas sR 2 -bora atoma orbitāles ar citu atomu orbitālēm veido trīs kovalentās saites, kuru garums un enerģija ir vienāda. Molekulas, kurās centrālā atoma valences orbitāles atrodas stāvoklī sR 2 -hibridizācija, ir trīsstūrveida konfigurācija. Leņķi starp kovalentajām saitēm ir 120°. Spējīgs sR 2 -hibridizācija ir bora atomu valences orbitāles molekulās BF 3, BC1 3, oglekļa un slāpekļa atomi anjonos CO 3 2 -, NO 3 -.

Rīsi. 9. Savstarpēja pozīcija trīs telpā sR 2 -hibrīdās orbitāles.

s R 3 - Hibridizācija. Vielas, kurās centrālais atoms satur četrus, ir ļoti izplatītas. sR 3 -orbitāles, kas iegūtas no viena lineāras kombinācijas s- un trīs R- orbitāles. Šīs orbitāles atrodas 109˚28′ leņķī viena pret otru un ir vērstas uz tetraedra virsotnēm, kuras centrā ir atoma kodols(10. att. a).

Četru vienādu kovalento saišu veidošanās pārklāšanās dēļ sR 3 -orbitāles ar citu atomu orbitālēm ir raksturīgas oglekļa atomiem un citiem IVA grupas elementiem; tas nosaka molekulu (CH 4, CC1 4, SiH 4, SiF 4, GeH 4, GeBr 4 utt.) tetraedrisko struktūru.

Rīsi. 10. Nesaistošu elektronu pāru ietekme uz molekulu ģeometriju:

a– metāns (nav nesaistošu elektronu pāru);

b– amonjaks (viens nesaistošs elektronu pāris);

V– ūdens (divi nesaistoši pāri).

Hibrīda orbitāles vientuļie elektronu pāri lei . Visos aplūkotajos piemēros hibrīdās orbitāles bija “apdzīvotas” ar atsevišķiem elektroniem. Tomēr nereti ir gadījumi, kad hibrīda orbitāli “aizņem” elektronu pāris. Tas ietekmē molekulu ģeometriju. Tā kā nesaistošo elektronu pāri ietekmē tikai tā atoma kodols, bet savienojošo elektronu pāri ietekmē divi atomu kodoli, nesaistošais elektronu pāris atrodas tuvāk atoma kodolam nekā savienojošais. Rezultātā nesaistošais elektronu pāris atgrūž savienojošos elektronu pārus vairāk nekā viens otru. Grafiski skaidrības labad lielo atgrūšanas spēku, kas darbojas starp nesaistošajiem un saistošajiem elektronu pāriem, var attēlot ar nesaistošā pāra lielāko elektronu orbitāli. Nesaistošs elektronu pāris ir atrodams, piemēram, uz slāpekļa atoma amonjaka molekulā (10. att. b). Mijiedarbības ar savienojošajiem elektronu pāriem rezultātā H-N-H saites leņķi tiek samazināti līdz 107,78°, salīdzinot ar 109,5°, kas raksturīgi regulāram tetraedram.

Saistošie elektronu pāri piedzīvo vēl lielāku atgrūšanos ūdens molekulā, kur skābekļa atomam ir divi nesaistoši elektronu pāri. Rezultātā H-O-H saites leņķis ūdens molekulā ir 104,5° (10. att. V).

Ja nesaistošs elektronu pāris, veidojoties kovalentai saitei caur donora-akceptora mehānismu, pārvēršas par saiti, tad atgrūdošie spēki starp šo saiti un citām molekulā esošajām kovalentajām saitēm tiek izlīdzināti; Arī leņķi starp šīm saitēm ir izlīdzināti. Tas notiek, piemēram, amonija katjona veidošanās laikā:

Līdzdalība hibridizācijā d - orbitāles. Ja atoma enerģija d- orbitāles īpaši neatšķiras no enerģijām s- Un R- orbitāles, tad tās var piedalīties hibridizācijā. Visizplatītākais hibridizācijas veids, kas ietver d- orbitāles ir sR 3 d 2 - hibridizācija, kuras rezultātā veidojas sešas vienādas formas un enerģijas hibrīdorbitāles (11. att. A), kas atrodas 90˚ leņķī viens pret otru un ir vērsti uz oktaedra virsotnēm, kura centrā atrodas atoma kodols. Oktaedrs (11. att.). b) – ir regulārs oktaedrs: visas malas tajā ir vienāda garuma, visas skalas ir regulāri trīsstūri.

Rīsi. vienpadsmit. sR 3 d 2 - Hibridizācija

Mazāk izplatīts sR 3 d- hibridizācija, veidojot piecas hibrīda orbitāles (12. att.). A), kas vērsta uz trigonālās bipiramīdas virsotnēm (12. att.). b). Trigonāla bipiramīda veidojas, savienojot divas vienādsānu piramīdas ar kopīgu pamatu – regulāru trīsstūri. Drosmīgi triepieni attēlā. 12 b tiek parādītas vienāda garuma malas. Ģeometriski un enerģētiski sR 3 d- hibrīda orbitāles ir nevienlīdzīgas: trīs "ekvatoriālās" orbitāles ir vērstas uz virsotnēm regulārs trīsstūris, un divas “aksiālās” - uz augšu un uz leju perpendikulāri šī trijstūra plaknei (12. att. V). Leņķi starp “ekvatoriālajām” orbitālēm ir vienādi ar 120°, kā norādīts sR 2 - hibridizācija. Leņķis starp “aksiālo” un jebkuru no “ekvatoriālajām” orbitālēm ir 90°. Attiecīgi kovalentās saites, kas veidojas ar “ekvatoriālo” orbitāļu piedalīšanos, atšķiras pēc garuma un enerģijas no saitēm, kuru veidošanā piedalās “aksiālās” orbitāles. Piemēram, PC1 5 molekulā “aksiālās” saites ir 214 pm garas, bet “ekvatoriālās” saites ir 202 pm garas.

Rīsi. 12. sR 3 d- Hibridizācija

Tādējādi, ņemot vērā kovalentās saites atomu orbitāļu pārklāšanās rezultātā, ir iespējams izskaidrot iegūto molekulu un jonu ģeometriju, kas ir atkarīga no saišu veidošanā iesaistīto atomu orbitāļu skaita un veida. Atomu orbitāļu hibridizācijas jēdziens ir jāsaprot, ka hibridizācija ir parasts paņēmiens, kas ļauj skaidri izskaidrot molekulas ģeometriju, izmantojot AO kombināciju.

261. uzdevums.
Kādi oglekļa AO hibridizācijas veidi atbilst CH molekulu veidošanai 4, C 2 H 6, C 2 H 4, C 2 H 2?
Risinājums:
a) CH molekulās 4 un C 2 H 6 Oglekļa atoma valences elektronu slānis satur četrus elektronu pārus:

Tāpēc oglekļa atoma elektronu mākoņi CH 4 un C 2 H 6 molekulās būs maksimāli attālināti viens no otra sp3 hibridizācijas laikā, kad to asis būs vērstas pret tetraedra virsotnēm. Šajā gadījumā CH4 molekulā visas tetraedra virsotnes būs aizņemtas ar ūdeņraža atomi, tādējādi CH4 molekulai ir tetraedriska konfigurācija ar oglekļa atomu tetraedra centrā. C 2 H 6 molekulā ūdeņraža atomi aizņem trīs tetraedra virsotnes, un cita oglekļa atoma kopējais elektronu mākonis ir vērsts pret ceturto virsotni, t.i. divi oglekļa atomi ir saistīti viens ar otru. To var attēlot ar diagrammām:

b) C 2 H 4 molekulā ir oglekļa atoma valences elektronu slānis, tāpat kā CH 4 un C 2 H 6 molekulās. satur četrus elektronu pārus:

Kad veidojas C 2 H 4, pēc parastā mehānisma veidojas trīs kovalentās saites, t.i. ir - savienojumi un viens - - savienojums. Kad veidojas C 2 H 4 molekula, katrā oglekļa atomā ir divi ūdeņraža atomi - saites un divas saites savā starpā, viena - un viena - saites. Hibrīdi mākoņi, kas sakrīt šis tips hibridizācija, atrodas oglekļa atomā tā, lai elektronu mijiedarbība būtu minimāla, t.i. pēc iespējas tālāk viena no otras. Šāds oglekļa atomu izvietojums (divas dubultsaites starp oglekļa atomiem) ir raksturīgs oglekļa AO sp 2 hibridizācijai. Sp 2 hibridizācijas laikā elektronu mākoņi oglekļa atomos ir orientēti virzienos, kas atrodas vienā plaknē un veido viens ar otru 120 0 leņķus, t.i. virzienos uz regulāra trīsstūra virsotnēm. Etilēna molekulā - saišu veidošanā ir iesaistītas trīs sp 2 -hibrīda orbitāles no katra oglekļa atoma, divas starp diviem ūdeņraža atomiem un viena ar otro oglekļa atomu, un - saite veidojas katras no tām p-elektronu mākoņu dēļ. oglekļa atoms. Strukturālā formula C 2 H 4 molekulas izskatīsies šādi:

c) C 2 H 2 molekulā oglekļa atoma valences elektronu slānis satur četrus elektronu pārus:

C2N2 strukturālā formula ir:

Katrs oglekļa atoms ir savienots ar vienu elektronu pāri ar ūdeņraža atomu un trīs elektronu pāriem ar citu oglekļa atomu. Tādējādi acetilēna molekulā oglekļa atomi ir saistīti viens ar otru ar vienu -saiti un divām -saitēm. Katrs oglekļa atoms ir savienots ar ūdeņradi ar saiti. - saišu veidošanā tiek iesaistīti divi sp-hibrīda AO, kas atrodas viens pret otru tā, lai mijiedarbība starp tām būtu minimāla, t.i. pēc iespējas tālāk viena no otras. Tāpēc sp-hibridizācijas laikā elektronu mākoņi starp oglekļa atomiem ir orientēti pretējos virzienos viens pret otru, t.i. leņķis starp C-C savienojumi ir 180 0. Tāpēc C 2 H 2 molekulai ir lineāra struktūra:

262. uzdevums.
Norādiet silīcija AO hibridizācijas veidu SiH 4 un SiF 4 molekulās. Vai šīs molekulas ir polāras?
Risinājums:
SiH 4 un SiF 4 molekulās valences elektronu slānis satur četrus elektronu pārus:

Tāpēc abos gadījumos silīcija atoma elektronu mākoņi būs maksimāli attālināti viens no otra sp 3 hibridizācijas laikā, kad to asis ir vērstas pret tetraedra virsotnēm. Turklāt SiH 4 molekulā visas tetraedra virsotnes aizņem ūdeņraža atomi, bet SiF 4 molekulā - fluora atomi, tā ka šīm molekulām ir tetraedriska konfigurācija ar silīcija atomu tetraedra centrā:

Tetraedriskās molekulās SiH 4 un SiF 4 Si-H un Si-F saišu dipola momenti savstarpēji atceļ viens otru, tādējādi abu molekulu kopējie dipola momenti būs vienādi ar nulli. Šīs molekulas ir nepolāras, neskatoties uz Si-H un Si-F saišu polaritāti.

263. uzdevums.
SO 2 un SO 3 molekulās sēra atoms atrodas sp 2 hibridizācijas stāvoklī. Vai šīs molekulas ir polāras? Kāda ir to telpiskā struktūra?
Risinājums:
Sp 2 hibridizācijas laikā hibrīdmākoņi atrodas sēra atomā virzienos, kas atrodas vienā plaknē un veido viens ar otru 120 0 leņķus, t.i. vērsta uz regulāra trīsstūra virsotnēm.

a) SO 2 molekulā divi sp 2 -hibrīdie AO veido saiti ar diviem skābekļa atomiem, trešo sp 2 -hibrīda orbitāli aizņems brīvais elektronu pāris. Šis elektronu pāris nobīdīs elektronu plakni un SO 2 molekula iegūs neregulāra trīsstūra formu, t.i. leņķis OSO nebūs vienāds ar 120 0. Tāpēc SO 2 molekulai būs leņķa forma ar atomu orbitāļu sp 2 hibridizāciju, struktūra:

SO 2 molekulā savstarpēja dipola momentu kompensācija S-O savienojumi nenotiek; šādas molekulas dipola momenta vērtība būs lielāka par nulli, t.i. molekula ir polāra.

b) Stūra SO 3 molekulā visi trīs sp2-hibrīdie AO veido saiti ar trim skābekļa atomiem. SO3 molekulai būs plakana trīsstūra forma ar sēra atoma hibridizāciju sp2:

Trīsstūrveida SO 3 molekulā S-O saišu dipola momenti viens otru dzēš, tā ka kopējais dipola moments būs nulle, molekula ir polāra.

264. uzdevums.
SiF4 mijiedarbojoties ar HF, veidojas stipra skābe H 2 SiF 6, kas disocē H + un SiF 6 2- jonos. Var Līdzīgā veidā vai reakcija notiek starp CF 4 un HF? Norādiet silīcija AO hibridizācijas veidu SiF 6 2- jonos.
Risinājums:
a) Ierosināts silīcija atoms pāriet no stāvokļa 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 uz 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 4 3d 0 stāvokli, un valences orbitāļu elektroniskā struktūra atbilst shēmai. :

Ierosināta silīcija atoma četri nepāra elektroni var piedalīties četru kovalento saišu veidošanā saskaņā ar parasto mehānismu ar fluora atomiem (1s 2 2s 2 2p 5), katram ir viens nepāra elektrons, veidojot SiF 4 molekulu.

Kad SiF 4 mijiedarbojas ar HF, veidojas skābe H 2 SiF 6. Tas ir iespējams, jo SiF 4 molekulai ir brīvas 3d orbitāles, bet F- (1s 2 2s 2 2p 6) jonam ir brīvi elektronu pāri. Savienojums tiek veikts saskaņā ar donora-akceptora mehānismu, pateicoties elektronu pārim no katra no diviem joniem F - (HF ↔ H + + F -) un SiF 4 molekulas brīvajām 3d orbitālēm. Šajā gadījumā veidojas SiF 6 2- jons, kas ar H + joniem veido skābes molekulu H 2 SiF 6.

b) Ogleklis (1s 2 2s 2 2p 2) var veidot, tāpat kā silīcijs, CF 4 savienojumu, bet oglekļa atoma valences spējas būs izsmeltas (nav nepāra elektronu, brīvu elektronu pāru un brīvu valences orbitāļu valences līmenis). Ierosinātā oglekļa atoma valences orbitāļu struktūras diagramma ir šāda:

Kad veidojas CF 4, visas oglekļa valences orbitāles ir aizņemtas, tāpēc nevar veidoties jons.

SiF 4 molekulā silīcija atoma valences elektronu slānis satur četrus elektronu pārus:

Tas pats tiek novērots CF 4 molekulai. tādēļ abos gadījumos silīcija un oglekļa atomu elektronu mākoņi sp3 hibridizācijas laikā atradīsies pēc iespējas tālāk viens no otra. Kad to asis ir vērstas uz tetraedra virsotnēm:

Turpinājums. Skatiet sākumu iekšā № 15, 16/2004

5. nodarbība. Hibridizācija
oglekļa atomu orbitāles

Kovalentā ķīmiskā saite tiek veidota, izmantojot kopīgus savienojošos elektronu pārus, piemēram:

Veidot ķīmisko saiti, t.i. Tikai nepāra elektroni var izveidot kopīgu elektronu pāri ar “svešu” elektronu no cita atoma. Rakstot elektroniskās formulas, nesapārotie elektroni pa vienam atrodas orbitālajā šūnā.
Atomu orbitāle ir funkcija, kas apraksta elektronu mākoņa blīvumu katrā telpas punktā ap atoma kodolu. Elektronu mākonis ir telpas apgabals, kurā elektronu var noteikt ar lielu varbūtību.
Lai saskaņotu oglekļa atoma elektronisko struktūru un šī elementa valenci, tiek izmantoti jēdzieni par oglekļa atoma ierosmi. Normālā (neuzbudinātā) stāvoklī oglekļa atomam ir divi nepāra 2 R 2 elektroni. IN satraukts stāvoklis(absorbējot enerģiju) viens no 2 s 2 elektroni var tikt brīvi R- orbitāls. Tad oglekļa atomā parādās četri nepāra elektroni:

Atcerēsimies, ka atoma elektroniskajā formulā (piemēram, oglekļa 6 C – 1 s 2 2s 2 2lpp 2) lieli cipari burtu priekšā - 1, 2 - norāda enerģijas līmeņa skaitli. Vēstules s Un R norāda elektronu mākoņa (orbitāles) formu, un skaitļi pa labi virs burtiem norāda elektronu skaitu noteiktā orbitālē. Visi s- sfēriskās orbitāles:

Otrajā enerģijas līmenī, izņemot 2 s- ir trīs orbitāles 2 R- orbitāles. Šīs 2 R-orbitālēm ir elipsoidāla forma, līdzīga hantelēm, un tās ir orientētas telpā 90° leņķī viena pret otru. 2 R-Orbitāles apzīmē 2 p x, 2p y un 2 p z saskaņā ar asīm, pa kurām atrodas šīs orbitāles.

Veidojot ķīmiskās saites, elektronu orbitāles iegūst tādu pašu formu. Tādējādi piesātinātajos ogļūdeņražos viens s-orbitālā un trīs R- oglekļa atoma orbitāles, lai izveidotu četras identiskas (hibrīdas) sp 3-orbitāles:

Šis - sp 3 -hibridizācija.
Hibridizācija– atomu orbitāļu izlīdzināšana (sajaukšana) s Un R) ar jaunu atomu orbitāļu veidošanos sauc hibrīda orbitāles.

Hibrīdām orbitālēm ir asimetriska forma, kas ir izstiepta pret pievienoto atomu. Elektronu mākoņi atgrūž viens otru un atrodas telpā pēc iespējas tālāk viens no otra. Šajā gadījumā četras asis sp 3-hibrīda orbitāles izrādīties vērsti uz tetraedra (regulāras trīsstūra piramīdas) virsotnēm.
Attiecīgi leņķi starp šīm orbitālēm ir tetraedriski, vienādi ar 109°28".
Virsotnes elektronu orbitāles var pārklāties ar citu atomu orbitālēm. Ja elektronu mākoņi pārklājas pa līniju, kas savieno atomu centrus, tad šādu kovalento saiti sauc sigma()-savienojums. Piemēram, etāna molekulā C 2 H 6 ķīmiskā saite veidojas starp diviem oglekļa atomiem, pārklājoties divām hibrīdorbitālēm. Tas ir savienojums. Turklāt katrs no oglekļa atomiem ar saviem trim sp 3-orbitāles pārklājas ar s-triju ūdeņraža atomu orbitāles, veidojot trīs -saites.

Kopumā oglekļa atomam ir iespējami trīs valences stāvokļi dažādi veidi hibridizācija. Izņemot sp 3-hibridizācija pastāv sp 2 - un sp- hibridizācija.
sp 2 -Hibridizācija- sajaucot vienu s- un divi R- orbitāles. Rezultātā veidojas trīs hibrīdi sp 2 -orbitāles. Šīs sp 2-orbitāles atrodas vienā plaknē (ar asīm X, plkst) un ir vērsti uz trijstūra virsotnēm ar leņķi starp orbitālēm 120°. Nehibridizēts
R-orbitāle ir perpendikulāra trīs hibrīda plaknei sp 2-orbitāles (orientētas pa asi z). Augšējā puse R- orbitāle atrodas virs plaknes, apakšējā puse- zem lidmašīnas.
Tips sp 2-oglekļa hibridizācija notiek savienojumos ar dubultsaiti: C=C, C=O, C=N. Turklāt tikai viena no saitēm starp diviem atomiem (piemēram, C=C) var būt - saite. (Pārējās atoma savienojošās orbitāles ir vērstas pretējos virzienos.) Otrā saite veidojas nehibrīda pārklāšanās rezultātā. R-orbitāles abās līnijas pusēs, kas savieno atomu kodolus.

Kovalentā saite, ko veido sānu pārklāšanās R- tiek sauktas blakus esošo oglekļa atomu orbitāles pi()-savienojums.

Izglītība - komunikācijas

Mazākas orbītas pārklāšanās dēļ -saite ir mazāk spēcīga nekā -saite.
sp-Hibridizācija– tā ir viena sajaukšana (formas un enerģijas saskaņošana). s- un viens
R-orbitāles, lai izveidotu divus hibrīdus sp- orbitāles. sp-Orbitāles atrodas uz vienas līnijas (180° leņķī) un ir vērstas pretējos virzienos no oglekļa atoma kodola. Divas
R-orbitāles paliek nehibridizētas. Tie ir novietoti savstarpēji perpendikulāri
savienojumu virzieni. Uz attēla sp-orbitāles ir parādītas gar asi y, un nehibridizētie divi
R-orbitāles – pa asīm X Un z.

Oglekļa-oglekļa trīskāršā saite CC sastāv no -saites, ko veido pārklāšanās
sp-hibrīdās orbitāles un divas -saites.
Sakarība starp tādiem oglekļa atoma parametriem kā piesaistīto grupu skaits, hibridizācijas veids un izveidoto ķīmisko saišu veidi ir parādīti 4. tabulā.

4. tabula

Kovalentās oglekļa saites

Grupu skaits saistīti ar oglekli	Tips hibridizācija	Veidi piedaloties ķīmiskās saites	Salikto formulu piemēri
4	sp 3	Četri - savienojumi
3	sp 2	Trīs - savienojumi un viens - savienojums
2	sp	Divi - savienojumi un divi - savienojumi	H–CC–H

Vingrinājumi.

1. Kurus atomu elektronus (piemēram, oglekļa vai slāpekļa) sauc par nesapārotiem?

2. Ko nozīmē jēdziens “kopīgi elektronu pāri” savienojumos ar kovalentu saiti (piemēram, CH 4 vai H2S )?

3. Kādi atomu elektroniskie stāvokļi (piemēram, C vai N ) sauc par pamata, un kuras ir satrauktas?

4. Ko nozīmē cipari un burti atoma elektroniskajā formulā (piemēram, C vai N )?

5. Kas ir atomu orbitāle? Cik orbitāļu ir C atoma otrajā enerģijas līmenī? un kā viņi atšķiras?

6. Kā hibrīdās orbitāles atšķiras no sākotnējām orbitālēm, no kurām tās tika izveidotas?

7. Kādi hibridizācijas veidi ir zināmi oglekļa atomam un no kā tie sastāv?

8. Uzzīmējiet orbitāļu telpiskā izvietojuma attēlu vienam no oglekļa atoma elektroniskajiem stāvokļiem.

9. Kā sauc ķīmiskās saites un kas? Norādiet-Un-savienojumi savienojumos:

10. Tālāk norādīto savienojumu oglekļa atomiem norādiet: a) hibridizācijas veidu; b) tā ķīmisko saišu veidi; c) saites leņķi.

Atbildes uz uzdevumiem par 1. tēmu

5. nodarbība

1. Tiek saukti elektroni, kas orbitālē atrodas pa vienam nepāra elektroni. Piemēram, ierosinātā oglekļa atoma elektronu difrakcijas formulā ir četri nepāra elektroni, bet slāpekļa atomam ir trīs:

2. Tiek saukti divi elektroni, kas iesaistīti vienas ķīmiskās saites veidošanā kopīgs elektronu pāris. Parasti pirms ķīmiskās saites veidošanās viens no šī pāra elektroniem piederēja vienam atomam, bet otrs elektrons piederēja citam atomam:

3. Atomu elektroniskais stāvoklis, kurā tiek ievērota elektronu orbitāļu piepildīšanās kārtība: 1 s 2 , 2s 2 , 2lpp 2 , 3s 2 , 3lpp 2 , 4s 2 , 3d 2 , 4lpp 2 utt., tiek saukti pamata stāvoklis. IN satraukts stāvoklis viens no atoma valences elektroniem aizņem brīvu orbitāli ar lielāku enerģiju; šādu pāreju pavada pārī savienotu elektronu atdalīšanās. Shematiski tas ir uzrakstīts šādi:

Ja pamata stāvoklī bija tikai divi nepāra valences elektroni, tad ierosinātajā stāvoklī ir četri šādi elektroni.

5. Atomu orbitāle ir funkcija, kas apraksta elektronu mākoņa blīvumu katrā telpas punktā ap dotā atoma kodolu. Otrajā oglekļa atoma enerģijas līmenī ir četras orbitāles - 2 s, 2p x, 2p y, 2p z. Šīs orbitāles atšķiras:
a) elektronu mākoņa forma ( s- bumba, R- hanteles);
b) R-orbitālēm ir dažādas orientācijas telpā - pa savstarpēji perpendikulārām asīm x, y Un z, tie ir apzīmēti p x, p y, p z.

6. Hibrīdās orbitāles atšķiras no oriģinālajām (nehibrīdajām) orbitālēm pēc formas un enerģijas. Piemēram, s-orbitāla - sfēras forma, R– simetrisks astoņnieks, sp-hibrīda orbitāle – asimetrisks astoņnieks.
Enerģijas atšķirības: E(s) < E(sp) < E(R). Tādējādi sp-orbitāle – orbitāle ar vidējo formu un enerģiju, kas iegūta, sajaucot oriģinālu s- Un lpp- orbitāles.

7. Oglekļa atomam ir zināmi trīs hibridizācijas veidi: sp 3 , sp 2 un sp (skatiet 5. nodarbības tekstu).

9. -saite - kovalentā saite, ko veido orbitāļu tieša pārklāšanās pa līniju, kas savieno atomu centrus.
-saite – kovalentā saite, ko veido sānu pārklāšanās R-orbitāles abās līnijas pusēs, kas savieno atomu centrus.
-Saites parāda otrā un trešā līnija starp savienotajiem atomiem.

Sp-hibridizācija

sp-hibridizācija notiek, piemēram, Be, Zn, Co un Hg (II) halogenīdu veidošanās laikā. Valences stāvoklī visi metālu halogenīdi satur s un p nepāra elektronus atbilstošā enerģijas līmenī. Kad veidojas molekula, viena s un viena p orbitāle veido divas hibrīda sp orbitāles 180 grādu leņķī.

3. att sp hibrīda orbitāles

Eksperimentālie dati liecina, ka Be, Zn, Cd un Hg(II) halogenīdi ir lineāri un abas saites ir vienāda garuma.

sp 2 hibridizācija

Vienas s-orbitāles un divu p-orbitāļu hibridizācijas rezultātā veidojas trīs hibrīda sp 2 orbitāles, kas atrodas vienā plaknē 120 o leņķī viena pret otru. Tā ir, piemēram, BF3 molekulas konfigurācija:

4. att sp 2 hibridizācija

sp 3 hibridizācija

sp 3 hibridizācija ir raksturīga oglekļa savienojumiem. Viena s orbitāles un trīs hibridizācijas rezultātā

p-orbitāles, veidojas četras hibrīdas sp 3 orbitāles, kas vērstas pret tetraedra virsotnēm ar leņķi starp orbitālēm 109,5 o. Hibridizācija izpaužas kā pilnīga oglekļa atoma saišu līdzvērtība ar citiem atomiem savienojumos, piemēram, CH 4, CCl 4, C(CH 3) 4 utt.

5. att sp 3 hibridizācija

Ja visas hibrīdās orbitāles ir savienotas ar vieniem un tiem pašiem atomiem, tad saites viena no otras neatšķiras. Citos gadījumos ir nelielas novirzes no standarta saites leņķiem. Piemēram, ūdens molekulā H 2 O skābeklis - sp 3 -hibrīds atrodas neregulāra tetraedra centrā, kura virsotnēs “izskatās” divi ūdeņraža atomi un divi vientuļi elektronu pāri (2. att.) . Molekulas forma ir leņķiska, skatoties no atomu centriem. HOH saites leņķis ir 105°, kas ir diezgan tuvu teorētiskajai vērtībai 109°.

6. att sp 3 - skābekļa un slāpekļa atomu hibridizācija molekulās a) H 2 O un b) NCl 3.

Ja nebūtu hibridizācijas (“līdzināšana” O-H obligācijas), HOH saites leņķis būtu 90°, jo ūdeņraža atomi būtu pievienoti divām savstarpēji perpendikulārām p orbitālēm. Šajā gadījumā mūsu pasaule, iespējams, izskatītos pavisam savādāk.

Hibridizācijas teorija izskaidro amonjaka molekulas ģeometriju. Slāpekļa 2s un trīs 2p orbitāļu hibridizācijas rezultātā veidojas četras sp 3 hibrīda orbitāles. Molekulas konfigurācija ir izkropļots tetraedrs, kurā ķīmiskās saites veidošanā piedalās trīs hibrīdorbitāles, bet ceturtā ar elektronu pāri nepiedalās. Leņķi starp N-H saites nav vienāds ar 90° kā piramīdā, bet arī nav vienāds ar 109,5°, kas atbilst tetraedram.

7. att sp 3 - hibridizācija amonjaka molekulā

Amonjakam mijiedarbojoties ar ūdeņraža jonu, donora-akceptora mijiedarbības rezultātā veidojas amonija jons, kura konfigurācija ir tetraedrs.

Hibridizācija arī izskaidro leņķa atšķirību starp O-H savienojumi stūra ūdens molekulā. Skābekļa 2s un trīs 2p orbitāļu hibridizācijas rezultātā veidojas četras sp 3 hibrīda orbitāles, no kurām tikai divas ir iesaistītas ķīmiskās saites veidošanā, kas izraisa tetraedram atbilstošā leņķa izkropļojumu. .

8. att sp 3 hibridizācija ūdens molekulā

Hibridizācija var ietvert ne tikai s- un p-orbitāles, bet arī d- un f-orbitāles.

Ar sp 3 d 2 hibridizāciju veidojas 6 ekvivalenti mākoņi. To novēro tādos savienojumos kā 4-, 4-. Šajā gadījumā molekulai ir oktaedra konfigurācija.

Mēs daudz dzirdam par hibrīdiem. Par tiem runā filmas un grāmatas, arī zinātne tos apskata. Pirmajos divos avotos hibrīdi ir ļoti bīstami radījumi. Viņi var nest daudz ļauna. Bet hibridizācija ne vienmēr ir slikta lieta. Diezgan bieži tas ir labi.

Hibridizācijas piemērs ir katrs cilvēks. Mēs visi esam divu cilvēku – tēva un mātes – hibrīdi. Tādējādi olšūnas un spermas saplūšana ir arī sava veida hibridizācija. Tieši šis mehānisms ļauj evolūcijai virzīties uz priekšu. Šajā gadījumā hibridizācija notiek arī ar negatīva zīme. apsvērsim šī parādība vispār.

Vispārēja ideja par hibridizāciju

Tomēr ne tikai bioloģija ietver šo koncepciju. Un lai ievadā apskatīts piemērs ar hibrīdiem kā neaptveramas bioloģiskas sugas pilnvērtīgiem indivīdiem. Turklāt šo jēdzienu var izmantot arī citās zinātnēs. Un šī termina nozīme būs nedaudz atšķirīga. Bet tajā pašā laikā joprojām ir kaut kas kopīgs. Tas ir vārds "savienība", kas vieno visu iespējamās vērtībasšī termiņa.

Kur šī koncepcija pastāv?

Termins "hibridizācija" tiek izmantots vairākās zinātnēs. Un kopš tā laika Lielākā daļa esošās disciplīnas pārklājas, tad var droši runāt par katras šī termina nozīmes lietojumu jebkurā zinātnē, tā vai citādi saistīta ar dabas pētniecības jomām. Tajā pašā laikā šis termins visaktīvāk tiek izmantots:

1. Bioloģija. No šejienes nāk hibrīda jēdziens. Lai gan, kā vienmēr, pārejot no zinātnes uz ikdienas dzīve bija zināma maldīga faktu atspoguļošana. Ar hibrīdu mēs saprotam indivīdu, kas radies, krustojot divas citas sugas. Lai gan tas ne vienmēr notiek.
2. Ķīmija. Šis jēdziens nozīmē vairāku orbitāļu sajaukšanos - unikālu elektronu kustības ceļu.
3. Bioķīmija. Galvenais jēdziens šeit ir DNS hibridizācija.

Kā redzat, trešais punkts atrodas divu zinātņu krustpunktā. Un tā ir pilnīgi normāla prakse. Viens un tas pats termins divu zinātņu krustpunktā var veidot pilnīgi atšķirīgu nozīmi. Sīkāk aplūkosim hibridizācijas jēdzienu šajās zinātnēs.

Kas ir hibrīds?

Hibrīds ir radījums, kas tiek radīts hibridizācijas procesā. Šis jēdziens attiecas uz bioloģiju. Hibrīdus var iegūt nejauši vai ar nolūku. Pirmajā gadījumā tie var būt dzīvnieki, kas radīti divu dažādu radījumu sugu pārošanās procesā.

Piemēram, viņi runā par to, ka kaķiem un suņiem ir bērni, kas nav neviens no viņiem. Dažreiz hibrīdi tiek radīti ar nolūku. Piemēram, kad ķirsis ir pievienots aprikozei, mums ir darīšana ar īpašu hibridizāciju.

Hibridizācija bioloģijā

Bioloģija - interesanta zinātne. Un hibridizācijas jēdziens ir ne mazāk aizraujošs. Šis termins attiecas uz ģenētiskā materiāla kombināciju dažādas šūnas viens. Tie var būt vienas vai vairāku sugu pārstāvji. Attiecīgi ir iedalījums šādos hibridizācijas veidos.

• Intraspecifiskā hibridizācija. Tas ir tad, kad divi vienas sugas indivīdi rada pēcnācējus. Intraspecifiskas hibridizācijas piemērs ir cilvēki. Tas tika iegūts vienas bioloģiskās sugas pārstāvju dzimumšūnu saplūšanas procesā.
• Starpsugu hibridizācija. Tas ir tad, kad tiek krustoti līdzīgi, bet dažādām sugām piederoši dzīvnieki. Piemēram, zirga un zebras hibrīds.
• Attālā hibridizācija. Tas ir tad, kad krustojas vismaz vienas sugas pārstāvji, taču viņus nevieno ģimenes saites.

Katra no šīm šķirnēm palīdz ne tikai evolūcijai. Zinātnieki arī aktīvi cenšas krustoties dažādi veidi Dzīvās radības. Tas vislabāk darbojas ar augiem. Tam ir vairāki iemesli:

• Dažāds hromosomu skaits. Katrai sugai ir ne tikai noteikts hromosomu skaits, bet arī to kopums. Tas viss traucē pēcnācēju vairošanos.
• Vairoties var tikai hibrīdaugi. Un ne vienmēr tā ir.
• Tikai augi var būt poliploīdi. Lai augs varētu vairoties, tam jākļūst poliploīdam. Dzīvnieku gadījumā tā ir droša nāve.
• Veģetatīvās hibridizācijas iespēja. Tas ir ļoti vienkārši un ērts veids veidojot vairāku augu hibrīdus.

Šie ir iemesli, kāpēc divu augu krustošana ir daudz vienkāršāka un efektīvāka. Dzīvnieku gadījumā var būt iespējams panākt vairošanās iespēju nākotnē. Bet tālāk Šis brīdis Oficiālais uzskats bioloģijā ir tāds, ka hibrīddzīvnieki zaudē spēju vairoties, jo šie indivīdi ir ģenētiski nestabili. Tāpēc nav zināms, pie kā var novest to pavairošana.

Hibridizācijas veidi bioloģijā

Bioloģija ir diezgan plaša zinātne savā specialitātē. Tas nodrošina divu veidu hibridizāciju:

1. Ģenētiskā. Tas ir tad, kad divas šūnas tiek veidotas vienā ar unikālu hromosomu komplektu.
2. Bioķīmiskais. Šāda veida piemērs ir DNS hibridizācija. Tas ir tad, kad komplementārās nukleīnskābes apvienojas, veidojot vienu DNS.

Var iedalīt vairākās šķirnēs. Bet mēs to izdarījām iepriekšējā apakšnodaļā. Tādējādi attālā un intraspecifiskā hibridizācija ir pirmā tipa sastāvdaļas. Un tur klasifikācija paplašinās vēl vairāk.

Veģetatīvās hibridizācijas jēdziens

Veģetatīvā hibridizācija ir jēdziens bioloģijā, kas nozīmē divu augu krustošanās veidu, kurā daļa no vienas sugas iesakņojas citā. Tas ir, hibridizācija notiek divu kombinācijas dēļ dažādas daļasķermeni. Jā, šādi var raksturot augu. Galu galā viņam ir arī savi orgāni, kas apvienoti veselā sistēmā. Tāpēc, ja jūs saucat augu par organismu, tur nav nekā slikta.

Veģetatīvā hibridizācija sniedz vairākas priekšrocības. Šis:

• Ērtības.
• Vienkāršība.
• Efektivitāte.
• Praktiskums.

Šīs priekšrocības padara šo krustošanas veidu ļoti populāru dārznieku vidū. Ir arī tāda lieta kā somatiskā hibridizācija. Tas ir tad, kad tiek šķērsotas nevis dzimumšūnas, bet gan somatiskās šūnas, pareizāk sakot, to protoplasti. Šī metode Krustošana tiek veikta, ja starp vairākiem augiem nav iespējams izveidot hibrīdu ar standarta seksuāliem līdzekļiem.

Hibridizācija ķīmijā

Bet tagad mēs nedaudz atkāpsimies no bioloģijas un runāsim par citu zinātni. Ķīmijai ir savs jēdziens, to sauc par "atomu orbitāļu hibridizāciju". Tas ir ļoti sarežģīts termins, bet, ja jūs saprotat nedaudz ķīmijas, tad tur nav nekā sarežģīta. Vispirms mums jāpaskaidro, kas ir orbitāle.

Tas ir sava veida ceļš, pa kuru pārvietojas elektrons. Mums to mācīja skolā. Un ja gadās, ka šīs orbitāles dažādi veidi sajauc, iegūst hibrīdu. Ir trīs veidu parādības, ko sauc par "orbitālo hibridizāciju". Tās ir šādas šķirnes:

• sp hibridizācija - viens s un otrs p orbitāls;
• sp 2 hibridizācija - viena s un divas p orbitāles;
• sp 3 hibridizācija - tiek apvienota viena s un trīs p orbitāle.

Šo tēmu ir diezgan sarežģīti pētīt, un tā ir jāskata nedalāmi no pārējās teorijas. Turklāt orbitālās hibridizācijas jēdziens vairāk attiecas uz šīs tēmas beigām, nevis uz sākumu. Galu galā jums ir jāizpēta pats orbitāļu jēdziens, kas tās ir utt.

secinājumus

Tātad, mēs esam sapratuši jēdziena “hibridizācija” nozīmi. Tas izrādās diezgan interesanti. Daudziem tas bija atklājums, ka arī ķīmijā ir šāds jēdziens. Bet, ja šādi cilvēki to nezināja, tad ko viņi varētu mācīties? Un tā ir attīstība. Ir svarīgi nepārstāt trenēt savu erudīciju, jo tas noteikti raksturos tevi no labās puses.