Гибридизация как способ описания отдельных связей сложных молекул

В современной органической химии связи описывают с помощью теории молекулярных орбиталей (МО). Простейший способ описания связей заключается в том, что прежде чем строить молекулярные орбитали (МО) молекул, производят линейную комбинацию (гибридизацию) атомных орбиталей (АО) атома углерода. Важно помнить, что при линейной комбинации количество исходных АО равно количеству полученных орбиталей (МО или гибридных).

sp³-Гибридизация (на примере метана)

На внешней электронной оболочке атома углерода имеется 4 неравноценных электрона. Строение внешней электронной оболочки АО атома углерода С (основное состояние): 2s²2p_x¹2p_y¹.

При образовании 4-х равноценных связей С–Н в молекуле метана он сначала переходит в возбужденное состояние С^*(2s¹2p_x¹2p_y¹2p_z1, и затем эти возбужденные АО смешиваются, в результате образуются 4 новые sp³-гибридные АО, представляющие собой линейную комбинацию одной s- и трех p-орбиталей. Энергия sp³ –орбиталей имеет промежуточное значение между энергиями 2s- и 2p-орбиталей.

Форма гибридных sp³–орбиталей – неправильной восьмерки: у них большая передняя доля, что очень важно для образования связи (например, с атомом водорода):

Пространственная направленность sp³-гибридных орбиталей:

Образование связей С–Н:

Связи, образованные sp³-орбиталями, симметричны вдоль оси связи. Такие связи называют s-связями. Особенность s-связей – в возможности свободного вращения вокруг связи.

Молекула метана представляет собой правильную треугольную пирамиду – тетраэдр. Все четыре связи С-Н в этой молекуле равноценны (Е_св = 415 кДж/моль, l _св = 0.109 нм), а валентные углы составляют 109°5’:

Связь С–С в молекуле этана:

sp²-Гибридизация (на примере этена)

В молекуле этена каждый из атомов углерода использует для образования s-связей только три электрона, которые находятся в состоянии sp²- гибридизации.

Форма и пространственная направленность sp²-гибридных орбиталей:

Все три sp²-гибридные орбитали размещаются в одной плоскости под углом 120°:

Оставшийся четвертый р-электрон образует с соседним атомом углерода p -связь. Плоскость p -связи расположена под углом 90° относительно плоскости s-связей молекулы этилена:

Особенность p -связи заключается в том, что перекрывание электронных облаков осуществляется не по линии связи, а в двух областях пространства по обе стороны от нее. Вращение вокруг p-связи привело бы к ее разрыву, поэтому оно затруднено. Именно затрудненность свободного вращения вокруг p-связи является причиной цис-транс- изомерии в ряду алкенов. Кроме того, характер перекрывания при образовании p-связи обусловливает ее меньшую прочность по сравнению с s-связью.

Поиск по сайту: