АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Гибридизация атомных орбиталей

Читайте также:
  1. sp-гибридизация
  2. Геометрия молекул, тип связи, гибридизация
  3. Гибридизация как способ описания отдельных связей сложных молекул
  4. Деление тяжелых атомных ядер

Для объяснения фактов, когда атом образует большее число связей, чем число неспаренных электронов в его основном состоянии (например, атом углерода), используется постулат о гибpидизации близких по энергии атомных орбиталей. Гибридизация АО происходит при образовании ковалентной связи, если при этом достигается более эффективное перекрывание орбиталей.
Гибридизация атома углерода сопровождается его возбуждением и переносом электрона с 2 s - на 2 р -АО:


Основное и возбужденное состояния атома углерода.

См. также рисунок.

Гибридизация АО – это взаимодействие (смешение) разных по типу, но близких по энергии атомных орбиталей данного атома с образованием гибридных орбиталей одинаковой формы и энергии.

Например, смешение 2s-АО с 2 p -АО дает две гибридные 2 sp -АО:


АО с большой разницей в энергии (например, 1 s и 2 р) в гибридизацию не вступают. В зависимости от числа участвующих в гибpидизации p -АО возможны следующие виды гибридизации:

  • для атомов углерода и азота – sp 3, sp 2 и sp;
  • для атома кислорода – sp 3, sp 2;
  • для галогенов – sp 3.

Гибридная АО асимметрична и сильно вытянута в одну сторону от ядра (форма неправильной восьмерки).

В отличие от негибридных s - или р -АО, она имеет одну большую долю, которая хорошо образует химическую связь, и малую долю, которую обычно даже не изображают. Гибридизованные АО при взаимодействии с орбиталями различных типов (s -, р - или гибридными АО) других атомов обычно дают σ-МО, т.е. образуют σ-связи. Такая связь прочнее связи, образованной электронами негибридных АО, за счет более эффективного перекрывания.

 

 

4.3.2. sp2-Гибридизация (плоскостно-тригональная)

Одна s - и две p -орбитали смешиваются, и образуются три равноценные sp 2-гибридные орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120° (выделены синим цветом). Они могут образовывать три σ-связи. Третья р -орбиталь остается негибридизованной и ориентируется перпендикулярно плоскости расположения гибридных орбиталей. Эта р -АО участвует в образовании π-связи.

VRML-модель (2 камеры, 109,3 Кб).

Для элементов 2-го периода процесс sp 2-гибридизации происходит по схеме:

2s + 2px + 2py = 3 (2sp2)
2pz-АО в гибридизации не участвует.

Для изображения пространственного строения атомов в sp2-состоянии используются те же приемы, что и в случае sp3-атомов:


Переход от орбитальной модели атома в sp2-гибридизированном состоянии (а) к пространственной формуле (б). См. также рисунок (10,4 Кб).

Строение молекул с sp2-атомами отражают их модели:

 

· sp2-Гибридизованное состояние свойственно атому, если сумма числа связанных с ним атомов и числа его неподеленных электронных пар равна 3 (примеры).

Атомы углерода в sp2-гибридном состоянии образуют такие аллотропные формы как графит, фуллерены (например, C60-фуллерен, 77 Кб [Library of 3-D Molecular Structures]) и другие наноструктуры.
sp2-Гибридизация характерна для атомов С, N, O и др. с двойной связью (sp2-атомы выделены красным цветом):

H2 C = C H2 (анимация, 21,3 Кб), H2 C = C HR, R2 C = N R,
R -N =N - R, R2 C = O, R -N = O, а также для катионов типа R3C+ и свободных радикалов R3 C.

 

4.3.1. sp3-Гибридизация (тетраэдрическая)

Одна s - и три р -орбитали смешиваются, и образуются четыре равноценные по форме и энергии sp 3-гибридные орбитали.



Орбитальная модель атома в sp3-гибридизованном состоянии.

VRML-модель (109,8 Кб).

Для атома углерода и других элементов 2-го периода этот процесс происходит по схеме:

2s + 2px + 2py + 2pz = 4 (2sp3)


Схема sp3-гибридизации атомных орбиталей.

Оси sp3-гибридных орбиталей направлены к вершинам правильного тетраэдра. Тетраэдрический угол между ними равен 109°28', что соответствует наименьшей энергии отталкивания электронов.

Впервые идею о направленности единиц сродства (валентностей) атома углерода по углам тетраэдра независимо друг от друга выдвинули в 1874 г. Вант-Гофф и Ле Бель.

sp3-Орбитали могут образовывать четыре σ -связи с другими атомами или заполняться неподеленными парами электронов.

 

А как наглядно изобразить пространственное строение атома в sp3-состоянии на рисунке?

В этом случае sp3-гибридные орбитали изображают не электронными облаками, а прямыми линиями или клиньями в зависимости от пространственной ориентации орбитали. Такое схематическое изображение используется при написании стереохимических (пространственных) формул молекул.


Переход от орбитальной модели (а) к пространственной формуле (б).


См. также рисунок.

На примере молекулы метана показаны объемные модели и пространственная (стереохимическая) формула молекулы с sp3-углеродным атомом:


Модель молекулы метана

 

Cтроение молекулы этана C2H6 иллюстрируют рисунок и анимация.

· sp3-Гибридизованное состояние свойственно атому, если сумма числа связанных с ним атомов и числа его неподеленных электронных пар равна 4 (схема).

Углерод в sp3-гибридном состоянии находится в простом веществе алмазе – одной из аллотропных форм углерода (см. иллюстрации).
Это состояние характерно для атомов С, N, O и др., соединенных с другими атомами одинарными связями (sp3-атомы выделены красным цветом):

С H4, R C H3, N H3, R N H2, H2 O, R O H, R2 O;

а также анионам типа: R3 C:, R O и т.п.

Следствием тетраэдрического строения sp3-атома является возможность существования двух оптических стереоизомеров у соединения, содержащего такой атом с четырьмя разными заместителями (Вант-Гофф, Ле Бель, 1874).

 

Гибридизация орбиталей — гипотетический процесс смешения разных (s, p, d) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением того же числа орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам.


1 | 2 | 3 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.006 сек.)