Гібридизацієюназивається гіпотетичний процес змішування різного типу, але близьких за енергією орбіталей даного атома з виникненням того ж числа нових (гібридних 1) орбіталей, однакових за енергією та формою.

Гібридизація атомних орбіталейвідбувається при утворенні ковалентних зв'язків.

Гібридні орбіталі мають форму об'ємної несиметричної вісімки сильно витягнутої в один бік від атомного ядра: .

Така форма обумовлює сильніше, ніж у разі чистих атомних орбіталей, перекриття гібридних орбіталей з орбіталями (чистих або гібридних) інших атомів і призводить до утворення міцніших ковалентних зв'язків. Тому енергія, що витрачається на гібридизацію атомних орбіталей, з надлишком компенсується виділенням енергії за рахунок утворення міцніших ковалентних зв'язків за участю гібридних орбіталей. Назва гібридних орбіталей і тип гібридизації визначаються числом і типом атомних орбіталей, що беруть участь у гібридизації, наприклад: sp-, sp 2 -, sp 3 -, sp 2 d- абоsp 3 d 2 -гібридизація.

Спрямованість гібридних орбіталей, отже, і геометрія молекули залежить від типу гібридизації. Насправді зазвичай вирішується зворотне завдання: спочатку експериментально встановлюється геометрія молекули, після чого описується тип і форма гібридних орбіталей, що у її освіті.

sp -Гібридизація. Дві гібридні sp- орбіталі в результаті взаємного відштовхування розташовуються щодо атомного ядра таким чином, що кут між ними становить 180 ° (рис. 7).

Мал. 7. Взаємне розташування у просторі двох sp- гібридних орбіталей одного атома: а -поверхні, що охоплюють область простору, де ймовірність перебування електрона становить 90 %; б -умовне зображення.

В результаті такого розташування гібридних орбіталей молекули складу АХ 2 де А є центральним атомом, мають лінійна будоватобто ковалентні зв'язки всіх трьох атомів розташовуються на одній прямій. Наприклад, у стані sp- гібридизації знаходяться валентні орбіталі атома берилію в молекулі ВеС1 2 (рис. 8). Лінійну конфігурацію внаслідок sp- гібридизації валентних орбіталей атомів мають також молекули ВеН 2 , Ве(СН 3) 2 , ZnCl 2 , CO 2 , HC≡N та ряд інших.

Мал. 8. Трихатомна лінійна молекула хлориду берилію ВеС1 2 (у газоподібному стані): 1 - 3р-орбіталь атома Cl; 2 - дві sp- гібридні орбіталі атома Be.

s р 2 -Гібридизація. Розглянемо гібридизацію однієї s- та двох р-орбіталей. В цьому випадку в результаті лінійної комбінації трьох орбіталей виникають три гібридні sр 2 -орбіталі. Вони розташовуються в одній площині під кутом 120 ° один до одного (рис. 9). sр 2 -Гібридизація характерна для багатьох сполук бору, який, як показано вище, у збудженому стані має три неспарені електрони: один s- і два р-Електрона. При перекриванні sр 2 -орбіталей атома бору з орбіталями інших атомів утворюються три ковалентні зв'язки, рівноцінні по довжині та енергії. Молекули, в яких валентні орбіталі центрального атома перебувають у стані sр 2 -гібридизації, мають трикутну конфігурацію. Кути між ковалентними зв'язками дорівнюють 120°. В стані sр 2 -гібридизації знаходяться валентні орбіталі атомів бору в молекулах BF 3 , BC1 3 , атомів вуглецю та азоту в аніонах 3 2 - , NO 3 - .

Мал. 9. Взаємне розташування у просторі трьох sр 2 -гібридних орбіталей.

s р 3 -Гібридизація. Дуже велике поширення мають речовини, в молекулах яких центральний атом містить чотири sр 3 -орбіталі, що утворюються в результаті лінійної комбінації однієї s- та трьох р-орбіталей. Ці орбіталі розташовуються під кутом 109 28 ' один до одного і спрямовані до вершин тетраедра, в центрі якого знаходиться атомне ядро(Рис. 10 а).

Утворення чотирьох рівноцінних ковалентних зв'язків за рахунок перекривання sр 3 -орбіталей з орбіталями інших атомів характерно для атомів вуглецю та інших елементів IVA-групи; це зумовлює тетраедричну структуру молекул (СН 4, CC1 4, SiH 4, SiF 4, GeH 4, GeBr 4 та ін).

Мал. 10. Вплив незв'язувальних електронних пар на геометрію молекул:

a- метану (не пов'язують електронних пар немає);

б– аміаку (одна незв'язувальна електронна пара);

в– води (дві пари, що не зв'язують).

Неподілені електронні пари гібридних орбіт. лей . У всіх розглянутих прикладах гібридні орбіталі були "заселені" одиночними електронами. Проте нерідкі випадки, коли гібридна орбіталь "заселена" електронною парою. Це впливає на геометрію молекул. Оскільки електронна пара, що не зв'язує, відчуває вплив ядра тільки свого атома, а зв'язувальна електронна пара знаходиться під дією двох атомних ядер, електронна пара, що не зв'язує, знаходиться ближче до атомного ядра, ніж зв'язує. В результаті цього електронна пара, що не зв'язує, сильніше відштовхує зв'язувальні електронні пари, ніж ті відштовхують один одного. Графічно для наочності велику відштовхуючу силу, що діє між незв'язувальною та зв'язувальною електронними парами, можна зобразити більшою за обсягом електронною орбіталлю пари, що не зв'язує. Незв'язувальна електронна пара є, наприклад, атома азоту в молекулі аміаку (рис. 10 б). В результаті взаємодії з електронними парами, що зв'язують, валентні кути Н-N-Н скорочуються до 107,78° порівняно зі 109,5°, характерними для правильного тетраедра.

Ще більше відштовхування відчувають зв'язувальні електронні пари в молекулі води, де атом кисню має дві незв'язувальні електронні пари. Внаслідок чого валентний кут Н-О-Н у молекулі води дорівнює 104,5° (рис. 10 в).

Якщо електронна пара, що не зв'язує, в результаті утворення ковалентного зв'язку по донорно-акцепторному механізму перетворюється на зв'язуючу, то сили відштовхування між цим зв'язком та іншими ковалентними зв'язками в молекулі вирівнюються; вирівнюються і кути між цими зв'язками. Це відбувається, наприклад, при утворенні катіону амонію:

Участь у гібридизації d -орбіталей. Якщо енергія атомних d- орбіталей не дуже відрізняється від енергій s- і р-орбіталей, то вони можуть брати участь у гібридизації. Найпоширенішим типом гібридизації за участю d- орбіталей є sр 3 d 2 - гібридизація, в результаті якої утворюються шість рівноцінних за формою та енергією гібридних орбіталей (рис. 11 а), розташованих під кутом 90˚ один до одного і спрямованих до вершин октаедра, в центрі якого знаходиться атомне ядро. Октаедр (рис. 11) б) – є правильним восьмигранником: усі ребра у ньому рівної довжини, усі грані – правильні трикутники.

Мал. 11. sр 3 d 2 - Гібридизація

Рідше зустрічається sр 3 d- гібридизація з утворенням п'яти гібридних орбіталей (рис. 12 а), спрямованих до вершин тригональної біпіраміди (рис. 12 б). Тригональна біпіраміда утворюється з'єднанням двох рівнобедрених пірамід загальною основою - правильним трикутником. Напівжирні штрихи на рис. 12 бпоказані ребра рівної довжини. Геометрично та енергетично sр 3 d- гібридні орбіталі нерівноцінні: три «екваторіальні» орбіталі спрямовані до вершин правильного трикутника, а дві «аксіальні» - вгору і вниз перпендикулярно до площини цього трикутника (рис. 12 в). Кути між «екваторіальними» орбіталями дорівнюють 120°, як при sр 2 - гібридизації. Кут між «аксіальною» та будь-якою з «екваторіальних» орбіталей дорівнюють 90°. Відповідно до цього ковалентні зв'язки, які утворюються за участю «екваторіальних» орбіталей, відрізняються за довжиною та енергії від зв'язків, в освіті яких беруть участь «аксіальні» орбіталі. Наприклад, у молекулі РС1 5 «аксіальні» зв'язки мають довжину 214 пм, а «екваторіальні» - 202 пм.

Мал. 12. sр 3 d- Гібридизація

Таким чином, розглядаючи ковалентні зв'язки як результат перекриття атомних орбіталей, можна пояснити геометрію виникаючих при цьому молекул та іонів, яка залежить від числа та типу атомних орбіталей, що беруть участь у освіті зв'язків. Концепцію гібридизації атомних орбіталей, необхідно розуміти, що гібридизація є умовним прийомом, що дозволяє наочно пояснити геометрію молекули за допомогою комбінації АТ.

Завдання 261.
Які типи гібридизації АТ вуглецю відповідають утворенню молекул СН 4, С 2 Н 6, С 2 Н 4, С 2 Н 2?
Рішення:
а) У молекулах СН 4 і З 2 Н 6 валентний електронний шар атома вуглецю містить чотири електронні пари:

Тому електронні хмари атома вуглецю в молекулах СН 4 З 2 Н 6 будуть максимально віддалені один від одного при sp3-гібридизації, коли їх осі спрямовані до вершин тетраедра. При цьому в молекулі СН 4 всі вершини тетраедра будуть зайняті атомами водню, тому молекула СН4 має тетраедричну конфігурацію з атомом вуглецю в центрі тетраедра. У молекулі З 2 Н 6 атоми водню займають три вершини тетраедра, а до четвертої вершини спрямовано загальну електронну хмару іншого атома вуглецю, тобто. два атоми вуглецю з'єднані один з одним. Це можна уявити схемами:

б) У молекулі З 2 Н 4 валентний електронний шар атома вуглецю, як і в молекулах СН 4 З 2 Н 6 . містить чотири електронні пари:

При освіті З 2 Н 4 три ковалентні зв'язки утворені за звичайним механізмом, тобто. є зв'язками, і одна - зв'язок. При утворенні молекули З 2 Н 4 кожен атом вуглецю з двома атомами водню - зв'язками та один з одним двома зв'язками, одним - і одним - зв'язками. Гібридні хмари відповідні даного типугібридизації, розташовуються в атомі вуглецю те щоб взаємодія між електронами було мінімальним, тобто. якнайдалі один від одного. Дане розташування атомів вуглецю (дві подвійні зв'язки між атомами вуглецю) характерно sp 2 -гібридизації АТ вуглецю. При sp 2 -гібридизації електронні хмари в атомах вуглецю орієнтовані в напрямках, що лежать в одній площині і кути, що складають один з одним, в 120 0 , тобто. у напрямах до вершин правильного трикутника. У молекулі етилену в освіті - зв'язків беруть участь три sp 2 -гібридні орбіталі кожного атома вуглецю, дві між двома атомами водню і одна з другим атомом вуглецю, а - зв'язок утворюється за рахунок р-електронних хмар кожного атома вуглецю. Структурна формуламолекули З 2 Н 4 матиме вигляд:

в) У молекулі С 2 Н 2 валентний електронний шар атома вуглецю містить чотири пари електронів:

Структурна формула З 2 N 2 має вигляд:

Кожен атом вуглецю з'єднаний однією електронною парою з атомом водню та трьома електронними парами з іншим атомом вуглецю. Таким чином, в молекулі ацетилену атоми вуглецю з'єднані один з одним одним зв'язком і двом зв'язками. З воднем кожен атом вуглецю з'єднаний зв'язком. У освіті - зв'язків беруть участь дві sp-гібридні АТ, які розташовані одне щодо одного отже взаємодія з-поміж них мінімальне, тобто. якнайдалі один від одного. Тому при sp-гібридизації електронні хмари між атомами вуглецю орієнтовані в протилежних напрямках щодо один одного, тобто. кут між зв'язками С-Сскладає 180 0 . Тому молекула З 2 Н 2 має лінійну будову:

Завдання 262.
Вказати тип гібридизації АТ кремнію в молекулах SiH 4 та SiF 4 . Чи полярні ці молекули?
Рішення:
У молекулах SiH 4 і SiF 4 валентний електронний шар містить чотири пари електронів:

Тому в обох випадках електронні хмари атома кремнію будуть максимально віддалені один від одного при sp 3 -гібридизації, коли їх осі спрямовані до вершин тетраедра. При цьому в молекулі SiH 4 всі вершини тетраедра зайняті атомами водню, а в молекулі SiF 4 атомами фтору, так що ці молекули мають тетраедрическую конфігурацію з атомом кремнію в центрі тетраедра:

У тетраедричних молекул SiH 4 і SiF 4 дипольні моменти зв'язків Si-H і Si-F взаємно компенсують один одного, так що сумарні дипольні моменти обох молекул дорівнюють нулю. Ці молекули неполярні, незважаючи на полярність зв'язків Si-H та Si-F.

Завдання 263.
У молекулах SО 2 і SО 3 атом сірки перебуває у стані sp 2 -гібридизації. Чи полярні ці молекули? Яка їхня просторова структура?
Рішення:
При sp 2 -гібридизації гібридні хмари розташовуються в атомі сірки в напрямках, що лежать в одній площині і кути, що складають один з одним, в 120 0 , тобто. спрямованих до вершин правильного трикутника.

а) У молекулі SО 2 дві sp 2 -гібридні АТ утворюють зв'язок з двома атомами кисню, третя sp 2 -гібридна орбіталь буде зайнята вільною електронною парою. Ця електронна пара зміщуватиме електронну площину і молекула SО 2 набуде форми неправильного трикутника, тобто. кут OSO не дорівнюватиме 120 0 . Тому молекула SО 2 матиме кутову форму при sp 2 -гібридизації орбіталей атома структуру:

У молекулі SО 2 взаємної компенсації дипольних моментів зв'язків S-Oне відбувається; дипольний момент такий молекули матиме значення більше від нуля, тобто. молекула полярна.

б) У кутовий молекулі SО 3 всі три sp2-гібридні АТ утворюють зв'язок із трьома атомами кисню. Молекула SО 3 матиме форму плоского трикутника з sp 2 -гібридизацією атома сірки:

У трикутній молекулі SО 3 дипольні моменти зв'язків S-O взаємно компенсують один одного, так що сумарний дипольний момент дорівнюватиме нулю, молекула полярна.

Завдання 264.
При взаємодії SiF4 з HF утворюється сильна кислота Н 2 SiF 6 диссоциирующая на іони Н + і SiF 6 2- . Чи може подібним чиномпротікати реакція між СF 4 та НF? Вказати тип гібридизації АТ кремнію в іоні SiF 6 2-.
Рішення:
а) При збудженні атом кремнію переходить зі стану 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 стан 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 4 3d 0 , а електронна будова валентних орбіталей відповідає схемі:

Чотири неспарені електрони збудженого атома кремнію можуть брати участь в утворенні чотирьох ковалентних зв'язків за звичайним механізмом з атомами фтору (1s 2 2s 2 2p 5), що мають по одному неспареному електрону з утворенням молекули SiF 4 .

При взаємодії SiF 4 HF утворюється кислота Н 2 SiF 6 . Це можливо, тому що в молекулі SiF 4 є вільні 3d-орбіталі, а в іоні F-(1s 2 2s 2 2p 6) вільні пари електронів. Зв'язок здійснюється за донорно-акцепторним механізмом за рахунок пари електронів кожного з двох іонів F - (HF ↔ H + + F -) і вільних 3d-орбіталей молекули SiF 4 . При цьому утворюється іон SiF 6 2-, який з іонами H + утворює молекулу кислоти Н 2 SiF 6 .

б) Вуглець (1s 2 2s 2 2p 2) може утворити, подібно до кремнію, з'єднання СF 4 , ніг при цьому валентні можливості атома вуглецю будуть вичерпані (немає неспарених електронів, вільних пар електронів і вільних валентних орбіталей на валентному рівні). Схема будови валентних орбіталей збудженого атома вуглецю має вигляд:

При утворенні СF 4 всі валентні орбіталі вуглецю зайняті, тому іон не може утворитися.

У молекулі SiF 4 валентний електронний шар атома кремнію містить чотири пари електронів:

Це ж спостерігається й у молекули СF 4 . тому в обох випадках електронні хмари атомів кремнію та вуглецю будуть максимально віддалені один від одного при sp3-гібридизації. Коли їх осі будуть спрямовані до вершин тетраедра:

Продовження. Початок див. № 15, 16/2004

Урок 5. Гібридизація
атомних орбіталей вуглецю

Ковалентний хімічний зв'язок утворюється за допомогою загальних зв'язувальних електронних пар за типом:

Утворювати хімічну зв'язок, тобто. створювати загальну електронну пару з «чужим» електроном від іншого атома можуть лише неспарені електрони. Неспарені електрони при записі електронних формул знаходяться по одному в клітині-орбіталі.
Атомна орбіталь– це функція, яка описує щільність електронної хмари у кожній точці простору навколо ядра атома. Електронна хмара – це область простору, де з високою ймовірністю може бути виявлений електрон.
Для узгодження електронної будови атома вуглецю та валентності цього елемента користуються уявленнями про порушення атома вуглецю. У нормальному (незбудженому) стані атом вуглецю має два неспарені 2 р 2-електрона. У збудженому стані(при поглинанні енергії) один з 2 s 2 -електрон може переходити на вільну р-орбіталь. Тоді в атомі вуглецю з'являється чотири неспарені електрони:

Нагадаємо, що в електронній формулі атома (наприклад, для вуглецю 6 С – 1 s 2 2s 2 2p 2) великі цифри перед літерами – 1, 2 – позначають номер енергетичного рівня. Літери sі рвказують форму електронної хмари (орбіталі), а цифри праворуч над літерами говорять про кількість електронів на цій орбіталі. Усе s-орбіталі сферичні:

На другому енергетичному рівні, крім 2 s-орбіталі є три 2 р-орбіталі. Ці 2 р-орбіталі мають еліпсоїдну форму, схожу на гантелі, і орієнтовані у просторі під кутом 90° один до одного. 2 р-Орбіталі позначають 2 р х, 2р yі 2 р zвідповідно до осей, вздовж яких ці орбіталі розташовані.

При утворенні хімічних зв'язків електронні орбіталі набувають однакової форми. Так, у граничних вуглеводнях поєднуються одна s-орбіталь і три р-орбіталі атома вуглецю з утворенням чотирьох однакових (гібридних) sр 3-орбіталей:

Це – sр 3-гібридизація.
Гібридизація- Вирівнювання (змішування) атомних орбіталей ( sі р) з утворенням нових атомних орбіталей, званих гібридними орбіталями.

Гібридні орбіталі мають асиметричну форму, витягнуту у бік атома, що приєднується. Електронні хмари взаємно відштовхуються та розташовуються у просторі максимально далеко один від одного. При цьому осі чотирьох sр 3-гібридних орбіталейвиявляються спрямованими до вершин тетраедра (правильної трикутної піраміди).
Відповідно кути між цими орбіталями - тетраедричні, рівні 109 28 ".
Вершини електронних орбіталейможуть перекриватися із орбіталями інших атомів. Якщо електронні хмари перекриваються по лінії, що з'єднує центри атомів, то такий ковалентний зв'язок називають сигма()-зв'язком. Наприклад, у молекулі етану З 2 Н 6 хімічний зв'язок утворюється між двома атомами вуглецю перекриттям двох гібридних орбіталей. Це зв'язок. Крім того, кожен з атомів вуглецю своїми трьома. sр 3 -орбіталями перекривається з s-орбіталями трьох атомів водню, утворюючи три зв'язку.

Всього для атома вуглецю можливі три валентні стани з різним типомгібридизації. Крім sр 3-гібридизації існує sр 2 - і sр-гібридизація.
sр 2 -Гібридизація– змішування однієї s- і двох р-орбіталей. В результаті утворюються три гібридні sр 2-орбіталі. Ці sр 2 -орбіталі розташовані в одній площині (з осями х, у) і спрямовані до вершин трикутника з кутом між орбіталями 120°. Негібридизована
р-орбіталь перпендикулярна до площини трьох гібридних sр 2 -орбіталей (орієнтована вздовж осі z). Верхня половина р-орбіталі знаходиться над площиною, нижня половина- Під площиною.
Тип sр 2 -гібридизації вуглецю буває у сполук з подвійним зв'язком: З=З, З=О, З=N. Причому тільки один із зв'язків між двома атомами (наприклад, С=С) може бути -зв'язком. (Інші зв'язувальні орбіталі атома направлені в протилежні сторони.) Другий зв'язок утворюється в результаті перекриття негібридних р-орбіталей по обидві сторони лінії, що з'єднує ядра атомів.

Ковалентний зв'язок, що утворюється шляхом бокового перекривання р-орбіталей сусідніх вуглецевих атомів, називається пі()-зв'язком.

Освіта -зв'язку

Через менше перекривання орбіталей зв'язок менш міцна, ніж зв'язок.
sр-Гібридизація- це змішування (вирівнювання за формою та енергії) однією s-та однією
р-орбіталей з утворенням двох гібридних sр-орбіталей. sр-Орбіталі розташовані на одній лінії (під кутом 180 °) і направлені в протилежні сторони від ядра атома вуглецю. Дві
р-орбіталі залишаються негібридизованими. Вони розміщені взаємно перпендикулярно
напрямків-зв'язків. На малюнку sр-орбіталі показані вздовж осі y, а негібридизовані дві
р-орбіталі-вздовж осей хі z.

Потрійний вуглець-вуглецевий зв'язок СС складається з зв'язку, що виникає при перекриванні
sp-гібридних орбіталей, і двох -зв'язків.
Взаємозв'язок таких параметрів атома вуглецю, як число приєднаних груп, тип гібридизації і типи хімічних зв'язків, що утворюються, показано в таблиці 4.

Таблиця 4

Ковалентні зв'язки вуглецю

Кількість груп, пов'язаних з вуглецем	Тип гібридизації	Типи беруть участь хімічних зв'язків	Приклади формул сполук
4	sp 3	Чотири - зв'язки
3	sp 2	Три - зв'язки та одна - зв'язок
2	sp	Дві - зв'язки і два-зв'язки	H–CC–H

Вправи.

1. Які електрони атомів (наприклад, вуглецю чи азоту) називають неспареними?

2. Що означає поняття «загальні електронні пари» у з'єднаннях із ковалентним зв'язком (наприклад, СН 4 абоН 2 S )?

3. Які електронні стани атомів (наприклад, або N ) називають основними, а які збудженими?

4. Що означають цифри та літери в електронній формулі атома (наприклад, С або N )?

5. Що таке атомна орбіталь? Скільки орбіталей на другому енергетичному рівні атома С і чим вони відрізняються?

6. У чому відмінність гібридних орбіталей від вихідних орбіталей, у тому числі вони утворилися?

7. Які типи гібридизації відомі для атома вуглецю і в чому вони полягають?

8. Намалюйте картинку просторового розташування орбіталей одного з електронних станів атома вуглецю.

9. Які хімічні зв'язки називають і які? Вкажіть-і-зв'язки у з'єднаннях:

10. Для атомів вуглецю наведених нижче сполук зазначте: а) тип гібридизації; б) типи його хімічних зв'язків; в) валентні кути.

Відповіді на вправи до теми 1

Урок 5

1. Електрони, що знаходяться по одному на орбіталі, називають неспареними електронами. Наприклад, в електронографічній формулі збудженого атома вуглецю – чотири неспарені електрони, а в атома азоту – три:

2. Два електрони, що беруть участь в утворенні одного хімічного зв'язку, називають загальною електронною парою. Зазвичай до утворення хімічного зв'язку один із електронів цієї пари належав одному атому, а інший електрон – іншому атому:

3. Електронне стан атома, у якому дотримується порядок заповнення електронних орбіталей: 1 s 2 , 2s 2 , 2p 2 , 3s 2 , 3p 2 , 4s 2 , 3d 2 , 4p 2 і т.д., називають основним станом. У збудженому станіодин із валентних електронів атома займає вільну орбіталь з вищою енергією, такий перехід супроводжується роз'єднанням спарених електронів. Схематично це записують так:

Тоді як в основному стані було лише два валентні неспарені електрони, то в збудженому стані таких електронів стає чотири.

5. Атомна орбіталь - це функція, яка описує щільність електронної хмари у кожній точці простору навколо ядра даного атома. На другому енергетичному рівні атома вуглецю чотири орбіталі – 2 s, 2р x, 2р y, 2р z. Ці орбіталі різняться:
а) формою електронної хмари ( s- Куля, р- Гантель);
б) р-орбіталі мають різну орієнтацію у просторі – вздовж взаємно перпендикулярних осей x, yі z, їх позначають р x, р y, р z.

6. Гібридні орбіталі відрізняються від вихідних (негібридних) орбіталей формою та енергією. Наприклад, s-орбіталь - форма сфери, р– симетрична вісімка, sp-Гібридна орбіталь - асиметрична вісімка.
Відмінності по енергії: E(s) < E(sр) < E(р). Таким чином, sp-орбіталь – усереднена формою та енергії орбіталь, отримана змішуванням вихідних s- і p-орбіталей.

7. Для атома вуглецю відомі три типи гібридизації: sp 3 , sp 2 та sp (див. текст уроку 5).

9. -зв'язок - ковалентний зв'язок, що утворюється шляхом лобового перекривання орбіталей по лінії, що з'єднує центри атомів.
-зв'язок - ковалентний зв'язок, що утворюється шляхом бокового перекривання р-орбіталей по обидві сторони лінії, що з'єднує центри атомів.
-Зв'язки показують другою та третьою рисою між з'єднаними атомами.

Sp-гібридизація

sp-гібридизація має місце, наприклад, при утворенні галогенідів Be, Zn, Co та Hg (II). У валентному стані всі галогеніди металів містять на відповідному енергетичному рівні s та p-неспарені електрони. При утворенні молекули одна s-і одна р-орбіталь утворюють дві гібридні sp-орбіталі під кутом 180 про.

Рис.3 sp-гібридні орбіталі

Експериментальні дані показують, що всі галогеніди Be, Zn, Cd і Hg (II) лінійні та обидва зв'язки мають однакову довжину.

sp 2 -гібридизація

В результаті гібридизації однієї s-орбіталі і двох p-орбіталей утворюються три гібридні sp 2 -орбіталі, розташовані в одній площині під кутом 120 один до одного. Така, наприклад, конфігурація молекули BF3:

Рис.4 sp 2 -гібридизація

sp 3 -гібридизація

sp 3 -гібридизація характерна для сполук вуглецю. В результаті гібридизації однієї s-орбіталі та трьох

р-орбіталей утворюються чотири гібридні sp 3 -орбіталі, спрямовані до вершин тетраедра з кутом між орбіталями 109,5 про. Гібридизація проявляється в повній рівноцінності зв'язків атома вуглецю з іншими атомами в сполуках, наприклад, CH 4 , CCl 4 , C(CH 3) 4 та ін.

Рис.5 sp 3 -гібридизація

Якщо всі гібридні орбіталі пов'язані з однаковими атомами, зв'язки нічим не відрізняються один від одного. В інших випадках трапляються невеликі відхилення від стандартних валентних кутів. Наприклад, у молекулі води H 2 O кисень - sp 3 -гібридний, знаходиться в центрі неправильного тетраедра, у вершини якого "дивляться" два атоми водню та дві неподілені пари електронів (рис. 2). Форма молекули кутова, якщо дивитися центрами атомів. Валентний кут HОН становить 105 про, що досить близько до теоретичного значення 109 про.

Рис.6 sp 3 -гібридизація атомів кисню та азоту в молекулах а) H 2 O і б) NCl 3 .

Якби не відбувалося гібридизації (“вирівнювання”) зв'язків O-H), валентний кут HOH дорівнював би 90°, тому що атоми водню були б приєднані до двох взаємно перпендикулярних р-орбіталів. У цьому випадку наш світ виглядав би, мабуть, зовсім інакше.

Теорія гібридизації пояснює геометрію молекули аміаку. В результаті гібридизації 2s і трьох 2p орбіталей азоту утворюються чотири гібридні орбіталі sp 3 . Конфігурація молекули являє собою спотворений тетраедр, в якому три гібридні орбіталі беруть участь в утворенні хімічного зв'язку, а четверта з парою електронів – ні. Кути між зв'язками N-Hне рівні 90 про як у піраміді, але й не рівні 109,5 про відповідні тетраедру.

Рис.7 sp 3 - гібридизація в молекулі аміаку

При взаємодії аміаку з іоном водню внаслідок донорно-акцепторної взаємодії утворюється іон амонію, конфігурація якого є тетраедр.

Гібридизація пояснює також відмінність кута між зв'язками О-Ну кутовій молекулі води. В результаті гібридизації 2s і трьох 2p орбіталей кисню утворюються чотири гібридних орбіталі sp 3 з яких тільки дві беруть участь в утворенні хімічного зв'язку, що призводить до спотворення кута, що відповідає тетраедру.

Рис.8 sp 3 -гібридизація в молекулі води

У гібридизацію можуть включатися не тільки s-і р-, але і d-і f-орбіталі.

При sp 3 d 2 -гібридизації утворюється 6 рівноцінних хмар. Вона спостерігається в таких сполуках як 4-, 4-. У цьому молекула має конфігурацію октаедра.

Про гібриди нам говорять багато. Про них оповідають і фільми, і книжки, і навіть їх розглядає наука. У двох джерелах гібриди є дуже небезпечними істотами. Вони можуть принести дуже багато зла. Але далеко не завжди гібридизація – це погане явище. Досить часто воно буває добрим.

Приклад гібридизації – це кожна людина. Всі ми є гібридами двох людей – батька та матері. Так, злиття яйцеклітини та сперматозоїда також є своєрідною гібридизацією. Саме цей механізм дозволяє рухати еволюцію. При цьому буває і гібридизація з негативним знаком. Давайте розглянемо дане явищев цілому.

Загальне уявлення про гібридизацію

Втім, не лише біологія включає дане поняття. І нехай у вступі було розглянуто приклад із гібридами як повноцінними особами незрозумілого біологічного виду. У цьому дане поняття можна використовувати й інших науках. І значення даного терміна дещо відрізнятиметься. Але при цьому дещо спільне все ж таки є. Це слово "об'єднання", яке об'єднує все можливі значенняданого терміна.

Де існує це поняття?

Термін "гібридизація" використовується у ряді наук. А оскільки більша частинаіснуючих нині дисциплін перетинається, то можна сміливо говорити про використання кожного значення даного терміна у будь-якій науці, так чи інакше пов'язаної з природничими дослідницькими галузями. При цьому найбільш активно даний термін використовується в:

1. Біологія. Звідси пішло поняття гібрида. Хоча, як завжди, при переміщенні з науки в повсякденне життявідбулося деяке спотворення фактів. Ми під гібридом розуміємо особину, яка вийшла у процесі схрещування двох інших видів. Хоча так буває не завжди.
2. Хімія. Це поняття означає змішування кількох орбіталей - своєрідних шляхів руху електронів.
3. Біохімії. Тут ключовим поняттям є гібридизація ДНК.

Як бачимо, третій пункт знаходиться на стику двох наук. І це є абсолютно нормальна практика. Один і той же термін може утворювати на стику двох наук зовсім інше значення. Давайте детальніше розглянемо поняття гібридизації у цих науках.

Що таке гібрид?

Гібрид - це істота, яка вийшла у процесі гібридизації. Це поняття відноситься до біології. Гібриди можуть виходити як випадково, і спеціально. У першому випадку це можуть вийти тварини, які створюються в процесі парування двох різновидових істот.

Наприклад, розповідають про те, що з'являються у кішок та собак діти, які не є жодними з них. Іноді гібриди створюються спеціально. Наприклад, коли до абрикосу прикріплюють вишню, ми маємо справу якраз із спеціальною гібридизацією.

Гібридизація у біології

Біологія цікава наука. І поняття гібридизації в ній не менш цікаве. Під цим терміном мається на увазі поєднання генетичного матеріалу різних клітинв одній. Це може бути як представники одного виду, і кількох. Відповідно відбувається поділ на такі різновиди гібридизації.

• Внутрішньовидова гібридизація. Це коли дві особи одного виду створюють нащадка. Прикладом внутрішньовидової гібридизації вважатимуться людини. Він вийшов у процесі злиття статевих клітин представників одного виду біологічного.
• Міжвидова гібридизація. Це коли схрещуються схожі тварини, що належать до різних видів. Наприклад, гібрид коня та зебри.
• Віддалена гібридизація. Це коли схрещуються представники хоч і одного виду, але не об'єднані сімейними зв'язками.

Кожен із цих різновидів допомагає не тільки еволюції. Вчені також активно намагаються схрещувати різні видиживих істот. Найкраще виходить із рослинами. Причин цьому кілька:

• Різна кількість хромосом. У кожного виду є не лише специфічна кількість хромосом, а й їх набір. Усе це заважає відтворювати потомство.
• Розмножуватися можуть лише рослини-гібриди. І то не завжди.
• Поліплоїдними можуть бути лише рослини. Щоб рослина розмножувалася, вона має стати поліплоїдною. У разі тварин це вірна смерть.
• Можливість вегетативної гібридизації. Це дуже простий і зручний спосібстворення гібридів кількох рослин.

Це причини, через які схрещувати дві рослини значно простіше та ефективніше. У випадку з тваринами, можливо, в майбутньому вдасться досягти можливості розмноження. Але на Наразіофіційним у біології вважається думка, що тварини-гібриди втрачають здатність розмножуватися, оскільки ці особини є генетично нестабільними. Отже, невідомо, до чого може призвести їхнє розмноження.

Види гібридизації у біології

Біологія – наука досить широка за своєю спеціалізацією. Буває два види гібридизації, які вона передбачає:

1. Генетична. Це коли із двох клітин робиться одна з унікальним набором хромосом.
2. Біохімічна. Прикладом цього виду є гібридизація ДНК. Це коли комплементарні нуклеїнові кислоти поєднуються в одну ДНК.

Можна ділити на більшу кількість різновидів. Але це ми зробили у попередньому підрозділі. Так, віддалена та внутрішньовидова гібридизація - це складові частини першого типу. А там класифікація ще більше розширюється.

Поняття вегетативної гібридизації

Вегетативна гібридизація - це поняття в біології, яке означає такий різновид схрещування двох рослин, при якому частина одного виду приживається на іншому. Тобто, гібридизація відбувається за рахунок суміщення двох різних частинорганізму. Так, так можна охарактеризувати рослину. Адже він також має свої органи, об'єднані в цілу систему. Отже, якщо називати рослину організмом, нічого поганого в цьому немає.

Вегетативна гібридизація має низку переваг. Це:

• Зручність.
• Простота.
• Ефективність.
• Практичність.

Дані плюси роблять такий різновид схрещування дуже популярним у садівників. Також є таке поняття, як соматична гібридизація. Це коли схрещують не статеві клітини, а соматичні, вірніше їх протопласти. Цей спосібсхрещування проводиться тоді, коли неможливо створити гібрид стандартним статевим шляхом між кількома рослинами.

Гібридизація у хімії

Але тепер ми трохи відступимо від біології та поговоримо про іншу науку. У хімії є своє поняття, називається воно "гібридизація атомних орбіталей". Це дуже складний термінАле якщо розбиратися трохи в хімії, то нічого складного в ньому немає. Спершу треба пояснити, що таке орбіталь.

Це своєрідний шлях, яким рухається електрон. Нас цьому навчали ще у школі. І якщо відбувається таке, що дані орбіталі різного типузмішуються, виходить гібрид. Існує три види явища, званого "гібридизація орбіталей". Це такі різновиди:

• sp-гібридизація - одна s та інша p орбіталь;
• sp 2 -гібридизація - одна s і дві p орбіталі;
• sp 3 -гібридизація - одна s і три p орбіталі з'єднуються.

Ця тема досить складна вивчення, і її слід розглядати нерозривно з решти теорії. Причому поняття гібридизації орбіталей стосується більше кінця цієї теми, а чи не початку. Адже треба вивчити саме поняття орбіталей, якими вони бувають і таке інше.

Висновки

Отже, ми розібралися у значеннях поняття "гібридизація". Це, виявляється, досить цікаво. Багатьом було відкриттям те, що у хімії також є це поняття. Але якби цього такі люди не знали, то чого вони могли б навчитися? А так є розвиток. Важливо не припиняти тренувати ерудицію, оскільки це обов'язково характеризуватиме вас з хорошого боку.