Поговорим о том, как определить тип гибридизации. Гибридизация атомных орбиталей

3.2. Типы связей в молекулах органических веществ. Гибридизация атомных орбиталей углерода. Радикал. Функциональная группа

Поговорим о том, как определить тип гибридизации. Гибридизация атомных орбиталей

Большинство органических соединений имеют молекулярное строение.

Атомы в веществах с молекулярным типом строения всегда образуют только ковалентные связи друг с другом, что наблюдается и в случае органических соединений.

Напомним, что ковалентным называется такой вид связи между атомами, который реализуется за счет того, что атомы обобществляют часть своих внешних электронов с целью приобретения электронной конфигурации благородного газа.

По количеству обобществлённых электронных пар ковалентные связи в органических веществах можно разделить на одинарные, двойные и тройные. Обозначаются данные типы связей в графической формуле соответственно одной, двумя или тремя чертами:

Кратность связи приводит к уменьшении ее длины, так одинарная С-С связь имеет длину 0,154 нм, двойная С=С связь – 0,134 нм, тройная С≡С связь – 0,120 нм.

Типы связей по способу перекрывания орбиталей

Как известно, орбитали могут иметь различную форму, так, например, s-орбитали имеют сферическую, а p-гантелеобразную форму. По этой причине связи также могут отличаться по способу перекрывания электронных орбиталей:

• ϭ-связи – образуются при перекрывании орбиталей таким образом, что область их перекрывания пересекается линией, соединяющей ядра. Примеры ϭ-связей:

• π-связи – образуются при перекрывании орбиталей, в двух областях – над и под линией соединяющей ядра атомов. Примеры π-связей:

Как узнать, когда в молекуле есть π- и ϭ-связи?

При ковалентном типе связи ϭ-связь между любыми двумя атомами есть всегда, а π-связь имеет только в случае кратных (двойных, тройных) связей. При этом:

  • Одинарная связь – всегда является ϭ-связью
  • Двойная связь всегда состоит из одной ϭ- и одной π-связи
  • Тройная связь всегда образована одной ϭ- и двумя π-связями.

Укажем данные типы связей в молекуле пропиновой кислоты:

Гибридизация орбиталей атома углерода

Гибридизацией орбиталей называют процесс, при котором орбитали, изначально имеющие разные формы и энергии смешиваются, образуя взамен такое же количество гибридных орбиталей, равных по форме и энергии.

Так, например, при смешении одной s- и трех p-орбиталей образуются четыре sp3-гибридных орбитали:

В случае атомов углерода в гибридизации всегда принимает участие s-орбиталь, а количество p-орбиталей, которые могут принимать участие в гибридизации варьируется от одной до трех p-орбиталей.

Как определить тип гибридизации атома углерода в органической молекуле?

В зависимости от того, со скольким числом других атомов связан какой-либо атом углерода, он находится либо в состоянии sp3, либо в состоянии sp2, либо в состоянии sp-гибридизации:

Количество атомов, с которыми связан атом углеродаТип гибридизации атома углеродаПримеры веществ
4 атомаsp3 CH4 – метан
3 атомаsp2 H2C=CH2 – этилен
2 атомаsp HC≡CH — ацетилен

Потренируемся определять тип гибридизации атомов углерода на примере следующей органической молекулы:

• Первый атом углерода связан с двумя другими атомами (1H и 1C), значит он находится в состоянии sp-гибридизации.

  • Второй атом углерода связан с двумя атомами – sp-гибридизация
  • Третий атом углерода связан с четырьмя другими атомами (два С и два Н) – sp3-гибридизация
  • Четвертый атом углерода связан с тремя другими атомами (2О и 1С) – sp2-гибридизация.

Радикал. Функциональная группа

Под термином радикал, чаще всего подразумевают углеводородный радикал, являющийся остатком молекулы какого-либо углеводорода без одного атома водорода.

Название углеводородного радикала формируется, исходя из названия соответствующего ему углеводорода заменой суффикса –ан на суффикс –ил.

Формула углеводорода Название углеводородаФормула радикалаНазвание радикала
CH4метан-CH3метил
C2H6этан-С2Н5этил
C3H8пропан-С3Н7пропил
СnН2n+2…ан-СnН2n+1… ил

Функциональная группа — структурный фрагмент органической молекулы (некоторая группа атомов), который отвечает за её конкретные химические свойства.

В зависимости того, какая из функциональных групп в молекуле вещества является старшей, соединение относят к тому или иному классу.

R – обозначение углеводородного заместителя (радикала).

Радикалы могут содержать кратные связи, которые тоже можно рассматривать как функциональные группы, поскольку кратные связи вносят вклад в химические свойства вещества.

Если в молекуле органического вещества содержится две или более функциональных группы, такие соединения называют полифункциональными.

Источник: https://scienceforyou.ru/teorija-dlja-podgotovki-k-egje/tipy-svjazej-v-soedinenijah-gibridizacija

Гибридизация атомных орбиталей. Геометрия молекул

Поговорим о том, как определить тип гибридизации. Гибридизация атомных орбиталей

В образовании ковалентныхсвязей принимают участие как эс-, так и пэ-электроны,орбитали которых имеют различную форму и направленность в пространстве.

Связи, которыеобразуются между ними,являются равноценными и расположены симметрично.

Это явлениеобъясняется на основе концепции гибридизации атомных валентных орбиталей.Согласно концепции, в образовании химической связи принимают участие гибридныеорбитали, то есть это орбитали, усреднённые по форме и размерам, а,следовательно, и по энергии. Число гибридных орбиталей равно числу исходных.

Гибридные орбиталиболее вытянуты в пространстве, а это обеспечивает их более полное перекрываниес орбиталями соседних атомов.

Из-за своейсимметрии гибридные орбиталине участвуют в образовании пи-связи,так как не могут обеспечить перекрывание между собой в двух областяхпространства.

Основнымиусловиями устойчивой гибридизации являются:

Первое, вгибридизации могут участвовать орбитали с близкими значениями энергий, тоесть эс-, пэ-орбитали внешнего энергетического уровня и дэ-орбитали внешнегоили предвнешнего уровня;

второе, гибриднаяатомная орбиталь должна более плотно перекрываться с орбиталями другого атомапри образовании связи;

третье, в гибридизацииучаствуют орбитали с достаточно высокой электронной плотностью, которыми вбольшинстве случаев являются орбитали элементов начальных периодов;

четвёртое, гибридныеорбитали должны быть ориентированы в пространстве таким образом, чтобыобеспечить максимальное взаимное удаление друг от друга.

Ориентациягибридных орбиталей определяет геометрическую структуру молекулы. Прикомбинации одной эс- и одной пэ-орбитали возникает две эс-пэ-гибридныеорбитали, расположенные симметрично под углом сто восемьдесят градусов.

Связи, образованныес участием электронов этих орбиталей, также располагаются под углом стовосемьдесят градусов.

Например, у атомабериллия эс-пэ-гибридизация орбиталей проявляется в молекуле хлорида бериллия,которая вследствие этого имеет линейную форму.

Комбинация трёхорбиталей (одной эс- и двух пэ-орбиталей) приводит к образованию трёх эс-пэ-двагибридных орбиталей, расположенных под углом сто двадцать градусов, как вмолекуле фторида бора.

Комбинация четырёхорбиталей (одной эс- и трёх пэ-типа) приводит к эс-пэ-три гибридизации, прикоторой четыре гибридные орбитали симметрично ориентированы в пространстве кчетырём вершинам тэтраэдра, то есть под углом сто девять градусов двадцатьвосемь минут, как в атоме углерода в молекуле метана.

Таким образом, еслиисходными орбиталями являются эс- и пэ-, то образуется две гибридные орбитали,возникает гибридизация эс-пэ типа, связи при этом расположены под углом стовосемьдесят градусов, в пространстве молекула имеет линейное строение.

Если исходныеорбитали одна эс и две пэ-орбитали, то образуется три гибридных орбитали,тип гибридизации при этом эс-пэ-два, валентный угол равен сто двадцать градусов,а форма молекулы треугольная.

Если вгибридизации участвуют одна эс и три пэ-орбитали

то образуетсячетыре гибридных орбитали, возникает эс-пэ-три гибридизация, валентный угол приэтом сто девять градусов двадцать восемь минут, а форма молекулы тэтраэдрическая.

Основныехарактеристики разных типов гибридизации

Пространственноестроение молекул или ионовзависит от типа гибридизации ивзаимного расположения в пространстве гибридизированных орбиталей.

Часто в молекулахуглы между связями отличаются от углов, соответствующих типу гибридизации.Почему же так происходит?

Во-первых, геометрическаяконфигурация молекул определяется в основном пространственной направленностью сигма-связей.

Устойчивому состоянию молекулы соответствует такое пространственноерасположение электронных облаков валентного слоя, при котором их взаимноеотталкивание минимально.

Поэтому такие электронные пары стремятсямаксимально оттолкнуться друг от друга, располагаясь в пространстве подвозможно большим углом.

Основнымипричинами отклонений углов связей от углов, соответствующих типу гибридизацииявляются:

во-первых, не все гибридныеорбитали участвуют в образовании связей, часть из них – несвязывающие.Электронные пары, находящиеся на этих орбиталях, называются несвязывающими,или неподелёнными. Так, в молекуле аммиака у атома азота однапара электронов – не связывающая, в молекуле воды у атома кислорода две парыэлектронов являются несвязывающими.

Связывающаяэлектронная пара локализована между атомами и поэтому занимает меньшепространства, чем электронное облако несвязывающей пары. Поэтому отталкивающеедействие несвязывающей пары проявляется в большей мере, чем связывающей.

Вмолекуле воды и аммиака у атомов азота, и кислорода один и тот же типгибридизации атомных орбиталей – эс-пэ-три.

Однако из-за наличия одной у азотаи двух у кислорода несвязывающих пар электронов идеальный угол для этого типагибридизации, равный сто девять градусов двадцать восемь минут, уменьшается доста семи градусов у аммиака и ста четырёх с половиной у воды.

Второй причинойотклонений угловсвязей является наличие пи-связей, которые влияют на величину валентного угла,но это не сказывается на типе гибридизации и геометрии молекулы.

Предполагают, чтоэлектронные пары кратной связи занимают ту же область пространства, что иэлектронная пара простой связи. Суммарное электронное облако кратной связизанимает больший объём пространства, чем одинарной и поэтому обладаетбольшим отталкивающим действием.

Так, в молекулеуглекислого газа две ковалентные связи одинарные, так как являются сигма-связями,а две другие связи – это пи-связи. Пи-связи не влияют на геометриюмолекул, поэтому в пространстве молекула углекислого газа имеет линейноестроение, и здесь эс-пэ-тип гибридизации.

Видыгеометрических конфигураций

Молекулы с эс-пэ-гибридизациейимеют линейное строение. Валентный угол при этом сто восемьдесят градусов. Ктаким молекулам относятся фторид бериллия, молекула углекислого газа, оксидаазота один, синильной кислоты.

https://www.youtube.com/watch?v=Uq8f8RDFuK8

В молекулах с эс-пэ-два-гибридизациейвалентный угол сто двадцать градусов, форма молекулы может быть треугольной,как у фторида алюминия, хлорида бора, так и угловой, как у молекулы оксида серычетыре.

В молекулах с эс-пэ-три-гибридизациейвалентный угол сто девять градусов двадцать восемь минут. Молекулы могут иметьтэтраэдрическое строение, как молекула метана, тэтрахлорметана, а также тригонально-пирамидальноестроение, как у хлорида фосфора три, аммиака, или угловое строение, как у фторидакислорода и воды.

Иногда строениемногих молекул нельзя изобразить такой одной графической формулой, потому чтоистинные свойства молекулы оказываются промежуточными между теми, которыеотражаются в каждой отдельной схеме. Так, строение молекулы азотной кислотыможно изобразить двумя равнозначными графическими формулами.

Так как в этоймолекуле два атома кислорода равноценны, строение молекулы лучше отражаетграфическая формула с дэлокализованной пи-связью. Пунктирные линии означают,что одна из общих электронных пар в равной степени распределена между одной идругой связями.

Эта электронная пара принадлежит не двум, а трём атомам,поэтому образованная таким образом связь является трёхцентровой.

Многоцентровыесвязи

Таким образом,гибридные орбитали должны быть ориентированы в пространстве таким образом,чтобы обеспечить максимальное взаимное удаление друг от друга. Гибридныеорбитали участвуют в образовании только сигма-связи.

Геометрия любоймолекулы определяется пространственной направленностью сигма-связью. Напространственное строение молекулы оказывают влияние несвязывающие парыэлектронов, которые уменьшают углы связей между сигма-связями.

Источник: https://videouroki.net/video/10-gibridizaciya-atomnyh-orbitalej-geometriya-molekul.html

Гибридизация атомных орбиталей

Поговорим о том, как определить тип гибридизации. Гибридизация атомных орбиталей

Типы связей в молекулах органических веществ. Гибридизация атомных орбиталей углерода. Радикал. Функциональная группа.

Одна из характеристик химических связей — тип перекрывания орбиталей атомов в молекуле.
По характеру перекрывания различают σ-(сигма) и π‑(пи) связи.

σ-Связь — это связь, в которой перекрывание орбиталей происходит вдоль оси, соединяющей ядра атомов.

σ-Связь может быть образована любыми типами орбиталей (s, p, d, гибридизованными).

σ-Связь — это основная связь в молекуле, которая преимущественно образуется между атомами.

Между двумя атомами возможна только одна σ-связь.

Виды σ-связей

π-Связь — это связь, в которой перекрывание орбиталей происходит в плоскости, перпендикулярной оси, соединяющей ядра атомов, сверху и снизу от оси связи.

π-Связь образуется при перекрывании только р- (или d) орбиталей, перпендикулярных линии связи и параллельных друг другу.

π-Связь является дополнительной к σ-связи, она менее прочная и легче разрывается при химических реакциях.

Одинарная связьС–С, С–Н, С–ОДвойная связьС=С, С=ОТройная связьС≡С, С≡N
σ-связьσ-связь + π-связьσ-связь + две π-связи

Электронная формула атома углерода в основном состоянии: 

+6С 1s22s22p2

+6С  1s   2s   2p 

В возбужденном состоянии: один электрон переходит с 2s-подуровня на 2р-подуровень.

+6С* 1s22s12p3

+6С* 1s2   2s1  2p3 

Таким образом, в возбужденном состоянии углерод содержит четыре неспаренных электрона, может образовать четыре химические связи и проявляет валентность IV в соединениях.

При образовании четырех химических связей атомом углерода происходит гибридизация атомных орбиталей.

Гибридизация атомных орбиталей — это выравнивание электронной плотности атомных орбиталей разного типа с образованием новых, молекулярных орбиталей, форма и энергия которых одинаковы.

В гибридизацию вступают атомные орбитали с небольшой разницей в энергии (как правило, орбитали одного энергетического уровня). В зависимости от числа и типа орбиталей, участвующих в гибридизации, для атома углерода возможны sp3, sp2 и sp-гибридизация.

sp3-Гибридизация

В sp3-гибридизацию вступают одна s-орбиталь и три p-орбитали. При этом образуются четыре sp3-гибридные орбитали:

Изображение с портала orgchem.ru

Четыре sp3-гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются, и располагаются в пространстве так, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным.

Поэтому четыре гибридные орбитали углерода в состоянии sp3-гибридизации направлены в пространстве под углом 109о 28’  друг к другу, что соответствует тетраэдрическому строению.

Например, в молекуле метана CH4 атомы водорода располагаются в пространстве в вершинах тетраэдра, центром которого является атом углерода. Валентный угол Н–С–Н в метане равен 109о 28’

Молекулам линейных алканов с большим числом атомов углерода соответствует зигзагообразное расположение атомов углерода.

Например, пространственное строение н-бутана

sp2-Гибридизация

В sp2-гибридизацию вступают одна s-орбиталь и две p-орбитали. Одна p-орбиталь не гибридизуется:

Три sp2-гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются, и располагаются в пространстве так, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным.

Поэтому три sp2-гибридные орбитали атома углерода направлены в пространстве под углом 120о друг к другу, что соответствует плоскому строению (треугольник).

При этом негибридная р-орбиталь располагается перпендикулярно плоскости, в которой расположены три гибридные sp2— орбитали.

Изображение с портала orgchem.ru

Например, молекула этилена C2H4 имеет плоское строение. Сигма-связь между атомами углерода образуется за счет перекрывания sp2-гибридных орбиталей. Пи-связь между атомами углерода образуется за счет перекрывания негибридных р-орбиталей.

Модель молекулы этилена:

sp-Гибридизация

В sp-гибридизацию вступают одна s-орбиталь и одна p-орбиталь. Две p-орбитали не  вступают в гибридизацию:

Две sp-гибридные орбитали атома углерода направлены в пространстве под углом 180о друг к другу, что соответствует линейному строению.

Изображение с портала orgchem.ru

При этом две р-орбитали располагаются перпендикулярно друг другу и перпендикулярно линии, на которой расположены гибридные орбитали.

Например, молекула ацетилена имеет линейное строение.

Источник: https://chemege.ru/gibridizatsiya/

Гибридизация электронных орбиталей

Поговорим о том, как определить тип гибридизации. Гибридизация атомных орбиталей

Задания по подготовке к ЕГЭ по химии 17 сентября 2019 г., 10:40

Гибридизация sp3, sp2 и sp в органической химии с практическими примерами.

Введение

Зачем нам теория гибридизации?

Вот один ответ на это. Экспериментально подтверждено, что атом углерода в метане (CH4) и других алканах имеет тетраэдрическую структуру.

  • Напомним, что в тетраэдрической геометрии все углы имеют 109,5°, а связи имеют одинаковую длину.
  • Помните также, что ковалентные связи образуются в результате перекрывания орбиталей и совместного использования двух электронов между атомами.

Итак, чтобы предсказать валентность и геометрию атома углерода, мы рассмотрим его электронную конфигурацию и орбитали.

C – 1s 2 2s 2 2p 2

Валентные электроны – те, которые находятся на 2s и 2p орбиталях, и те, которые участвуют в связывании и химических реакциях.

Из конфигурации электронов видно, что невозможно создать четыре одинаковые по длине, энергии и всем остальным параметрам связи, потому что одна из орбиталей является сферической s, а остальные три – p – орбиталями.

  • И именно здесь мы нуждаемся в теории, которая может помочь нам объяснить известную геометрию и валентность атома углерода во многих органических молекулах.

Гибридизация -это теория, которая используется для объяснения определенных молекулярных геометрий, которые в противном случае были бы невозможны.

Гибридизация sp3

Теперь давайте посмотрим, как это происходит, используя метан в качестве примера.

На первом этапе один электрон перепрыгивает с 2s на 2p орбиталь. Это приводит к возбужденному состоянию углерода:

Обратите внимание, что электрон движется вперед, так как p – оболочка выше по энергии, чем s – оболочка, и это не является энергетически выгодным, но мы увидим, как это компенсируется на следующем этапе, когда орбитали смешаны (гибридизованы).

  • Таким образом, на следующем этапе s и p – орбитали углерода в возбужденном состоянии гибридизуются с образованием четырех одинаковых по размеру, форме и энергии орбиталей.

Количество гибридных орбиталей всегда совпадает с количеством смешанных орбиталей.

Итак, четыре орбитали (одна 2s + три 2p) смешаны, и в результате получается четыреsp3 орбитали. Это гибридные орбитали, которые похожи на s и p – орбитали.

  • Таким образом, мы называем их sp3, потому что они образованы из одной s орбитали и трех p орбиталей.

Образование этих вырожденных гибридных орбиталей компенсирует энергию подъема s – p – перехода, поскольку они имеют меньшую энергию, чем p – орбитали.

Четыре sp3 – гибридизованные орбитали располагаются в тетраэдрической геометрии и образуют связи, перекрывая s – орбитали четырех водородов: это объясняет симметричную геометрию метана (CH4), где все связи имеют одинаковую длину и угол связи.

Все четыре связи C – H в метане являются одинарными связями, которые образуются путем лобового (или конечного) перекрытия sp3 – орбиталей углерода и s – орбитали каждого водорода.

Связи, которые образуются путем встречного перекрытия орбиталей, называются σ (сигма) связями, потому что электронная плотность сосредоточена на оси, соединяющей атомы C и H.

Этан – CH3-CH3 и другие алканы

Если вместо одного водорода мы подключим другой sp3 – гибридизированный углерод, мы получим этан:
И, следовательно, во всех алканах существует сигма – связь между атомами углерода и атомами углерод – водород, и атомы углерода sp3 гибридизуются с тетраэдрической геометрией:

Чтобы обобщить это, любой атом с четырьмя группами (или атом или одинокая пара) является sp3 гибридизированным.

  • И если посмотреть на это, то, чтобы четыре группы были как можно дальше друг от друга, как мы знаем из теории отталкивания электронных пар, группы должны находиться на одинаковых четырех орбиталях, что возможно только в гибридизации sp3.

Например, какая гибридизация кислорода в следующей молекуле?

Кислород связан с двумя атомами и имеет две неподеленные пары. Всего – четыре группы, и именно поэтому он sp3 гибридизован.

Гибридизация sp2

Когда атом углерода находится в возбужденном состоянии, sp3 – гибридизация не является единственным вариантом смешивания орбиталей.

Гибридизация sp2 происходит, когда s – орбиталь смешивается только с двумя p – орбиталями, в отличие от трех p – орбиталей в гибридизации sp3.

  • Итак, три орбитали смешаны, и в результате получаются три гибридные орбитали, которые называются sp2 – гибридными орбиталями.

Получающиеся 3sp2 – орбитали затем располагаются в тригональной плоской геометрии (120°).

Важным отличием здесь по сравнению с гибридизацией sp3 является неучтенная (негибридизированная) p – орбиталь, которая не участвовала в гибридизации. Эта орбиталь расположена под углом 90° к плоскости тригонального расположения трех орбиталей sp2:

Гибридизация углерода в этилене – C2H4

Два sp2 – гибридизированных атома углерода могут образовывать сигма – связь, перекрывая одну из трех sp2 – орбиталей и связываясь с двумя атомами водорода каждый, и два атома водорода образуют сигма – связь с каждым углеродом, перекрывая их s – орбитали с двумя другими sp2 – орбиталями.

Это создает три связи для каждого углерода и одну орбиталь слева.

  • Помните, стандартная валентность углерода равна четырем, и ей положено иметь четыре связи.

Эта четвертая связь образована параллельным перекрытием двух 2p – орбиталей на каждом атоме углерода. Этот тип связи путем параллельного перекрытия орбиталей называется π-связью.

Итак, два атома углерода в этилене, который является первым членом семейства алкенов, имеют двойную связь.

  • В каждой двойной связи есть одна сигма и одна π-связь.

Вот некоторые ключевые параметры гибридизации sp2 и двойных связей, которые вам необходимо знать:

* Все атомы на двойной связи находятся в одной плоскости;

* Угол между атомами составляет 120°;

* Угол между плоскостью и p – орбиталями составляет 90°.

Гибридизация sp

При sp – гибридизации s – орбиталь углерода в возбужденном состоянии смешивается только с одной из трех 2p – орбиталей.

Это называется sp – гибридизацией, потому что две орбитали (одна s и одна p) смешаны:

Получающиеся две sp – гибридные орбитали затем располагаются в линейной геометрии (180°), а две негибридизованные 2p – орбитали располагаются под углом 90°:

Давайте посмотрим, как это происходит в ацетилене – C2H2. Два атома углерода образуют сигма – связь, перекрывая sp – орбитали.

Один водород связывается с каждым атомом углерода, перекрывая его орбиталь с другой орбиталью.

Две p – орбитали каждого углерода перекрываются, образуя две π-связи.

Основные параметры sp гибридизации и тройной связи:

* Все атомы имеют линейную структуру;

* Угол между атомами составляет 180°;

* В тройной связи есть одна σ (сигма) и две π (пи) связи.

Гибридизация других элементов

В заключение, все, что мы обсуждали выше, относится не только к углероду.

Теория гибридизации работает с тем же принципом для всех других важных элементов в органической химии, таких как кислород, азот, галогены и многие другие.

pangenes.ru © 2020

Источник: https://pangenes.ru/post/gibridizaciya-elektronnyh-orbitaley-sp3-sp2-i-sp.html

Гибридизация электронных орбиталей и геометрия молекул

Поговорим о том, как определить тип гибридизации. Гибридизация атомных орбиталей

В 1930 г. Слейтером и Л. Полингом была развита теория образования ковалентной связи за счет перекрывания электронных орбиталей – метод валентных связей. В основе этого метода лежит метод гибридизации, который описывает образование молекул веществ за счет «смешивания» гибридных орбиталей («смешиваются» не электроны, а орбитали).

Определение типа гибридизации молекул с ковалентной связью

Определить тип гибридизации можно только для молекул с ковалентной связью типа АВn, где n больше или равно двум, А – центральный атом, В – лиганд. В гибридизацию вступают только валентные орбитали центрального атома.

Определим тип гибридизации на примере молекулы BeH2.

Первоначально записываем электронные конфигурации центрального атома и лиганда, рисуем электронно-графические формулы.

4Be 1s22s2

1H1s1

Атом бериллия (центральный атом) имеет вакантные 2p-орбитали, поэтому, чтобы принять по одному электрону от каждого атома водорода (лиганд) для образования молекулы BeH2 ему необходимо перейти в возбужденное состояние:

Образование молекулы BeH2 происходит за счет перекрывания валентных орбиталей атома Be

* красным цветом обозначены электроны водорода, черным – бериллия.

Тип гибридизации определяют по тому, какие орбитали перекрылись, т.о., молекула BeH2 находитс в sp – гибридизации.

Помимо молекул состава ABn, методом валентных связей можно определить тип гибридизации молекул с кратными связями. Рассмотрим на примере молекулы этилена C2H4. В молекуле этилена кратная двойная связь, которая образована и –связями. Чтобы определить гибридизацию, записываем электронные конфигурации и рисуем электронно-графические формулы атомов, входящих в состав молекулы:

6C 2s22s22p2

1H1s1

У атома углерода имеется еще одна вакантная p-орбиталь, следовательно, чтобы принять 4 атома водорода ему необходимо перейти в возбужденное состояние:

Одна p-орбиталь необходима для образования -связи (выделена красным цветом), поскольку -связь образуется за счет перекрывания «чистых» (негибридных) p — орбиталей. Остальные валентные орбитали идут в гибридизацию. Таким образом этилен находится в гибридизации sp2.

Определение геометрической структуры молекул

Геометрическую структуру молекул, а также катионов и анионов состава АВn можно с помощью метода Гиллеспи. В основе этого метода – валентные пары электронов.

На геометрическую структуру оказывают влияние не только электроны, участвующие в образовании химической связи, но и неподеленные электронные пары.

Каждую неподеленную пару электронов в методе Гиллеспи обозначают Е, центральный атом – А, лиганд – В.

Если неподеленных электронных пар нет, то состав молекул может быть АВ2 (линейная структура молекулы), АВ3 (структура плоского треугольника), АВ4 (тетраэдрическая структура), АВ5 (структура тригональной бипирамиды) и АВ6 (октаэдрическая структура). От базисных структур могут быть получены производные, если вместо лиганда появляется неподеленная электронная пара. Например: АВ3Е (пирамидальная структура), АВ2Е2 (угловая структура молекулы).

Чтобы определить геометрическую структуру (строение ) молекулы необходимо определить состав частицы, для чего вычисляют количество неподеленных лектронных пар (НЕП):

НЕП = (общее число валентных электронов – число электронов, пошедших на образование связи с лигандами) / 2

На связь с H, Cl, Br, I, F уходит по 1-му электрону от А, на связь с O – по 2 электрона, а на связь с N – по 3 электрона от центрального атома.

Рассмотрим на примере молекулы BCl3. Центральный атом – B.

5B 1s22s22p1

НЕП = (3-3)/2 = 0, следовательно неподеленных электронных пар нет и молекула имеет структуру АВ3 – плоский треугольник.

Подробно геометрическое строение молекул разного состава представлено в табл. 1.

Таблица 1. Пространственное строение молекул

Формула молекулы

Тип гибридизации

НЕП

Тип молекулы

Геометрия молекулы

Пример

АВ2

sp

0

АВ2

линейная

BeH2

АВ3

sp2

0

АВ3

треугольная

BCl3

1

АВ2Е

угловая

GeF2

АВ4

sp3

0

АВ4

тетраэдр

CH4

1

АВ3Е

тригональная пирамида

NH3

2

АВ2Е2

угловая

H2O

АВ5

sp3d

0

АВ5

тригональная бипирамида

PF5

1

АВ4Е

дисфеноид

SCl4

2

АВ3Е2

Т-образная

ICl3

3

АВ2Е3

линейная

XeF2

АВ6

sp3d2

0

АВ6

октаэдр

SF6

1

АВ5Е

квадратная пирамида

IF5

2

АВ4Е2

квадрат

XeF4

Примеры решения задач

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/ximiya/11-klass/gibridizaciya-elektronnyx-orbitalej-i-geometriya-molekul/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.