Гибридизация

Формы электронных облаков: а – s-электроны; б – р-электроны; в – d-электроны

Графическая электронная формула внешнего энергетического уровня атома углерода Электронная формула атома углерода: +6 С 1s 2 2s 2 2p 2. ……

Графическая электронная формула внешнего энергетического уровня атома углерода в возбужденном состоянии Атом углерода переходит в возбужденное состояние: С* 1s 2 2s 1 2p 1 2p 1 2p 1 ……

Гибридизация атомных орбиталей – изменение формы и энергии орбиталей атома при образовании ковалентной связи для достижения более эффективного перекрывания орбиталей. Понятие гибридизации является теоретическим и было введено ученым Лайнусом Полингом в 20-е годы XX века.

Форма гибридной орбитали за счет комбинации s- и p-атомных орбиталей гибридная орбиталь больше вытянута по одну сторону ядра, чем по другую увеличивается её перекрывание с электронными облаками взаимодействующего атома образуется более прочная химическая связь выделяется дополнительная энергия, которая компенсирует затраты энергии на гибридизацию.

Число гибридных орбиталей равно числу атомных орбиталей. Гибридные орбитали одинаковы по форме электронного облака и по энергии Взаимодействие между гибридными орбиталями должно быть минимальным, т. е. как можно дальше друг от друга

1 s-электрон и 3 p-электрона атома углерода образуют четыре одинаковых гибридных орбитали. Этот тип гибридизации называется sp 3 - гибридизацией.

Образование sp 3 -гибридных орбиталей sp 3 -Гибридизация – гибридизация, в которой участвуют атомные орбитали одного s- и трех p-электронов (рис. 1).

Четыре sp 3 -гибридные орбитали симметрично ориентированы в пространстве под углом 109°28'

Тетраэдрическая пространственная конфигурация молекулы центральный атом образован sp 3 - гибридными орбиталями пространственная конфигурация– тетраэдр

Модель молекулы метана (CH 4 ) углерода подвергается sp 3 -гибридизации.

Однако не всегда пространственная конфигурация молекулы соответствует тетраэдру, это зависит от числа атомов в молекуле. 7N7N 1s22s22p31s22s22p3 Валентность атома азота – III Пять электронов внешнего уровня занимают четыре орбитали - тип гибридизации – sp 3 ион NH 4 + и молекула NH 3

ион NH 4 + Только три орбитали принимают участие в образовании химической связи Тетраэдр без одной вершины превращается в пирамиду в ионе NH 4 + все вершины тетраэдра заняты атомами водорода, так что этот ион имеет тетраэдрическую конфигурацию с атомом азота в центре тетраэдра Н

Mолекула NH 3 тригональная пирамида с атомом азота в ее вершине и атомами водорода в вершинах основания При образовании молекулы аммиака атомы водорода занимают только три вершины тетраэдра, а к четвертой вершине направлено электронное облако неподеленной электронной пары атома азота. угол связи искажается до 107°30

Строение молекулы воды (H 2 O) кислород находится в sp 3 гибридном состоянии, форма молекулы - угловая, угол связи составляет 104°45.

Примеры соединений, для которых характерна sp 3 -гибридизация: H 2 O, NH 3, POCl 3, SO 2 F 2, SOBr 2, NH 4 +, H 3 O +. предельные углеводороды (алканы, циклоалканы) и др. органические соединения: CH 4, C 5 H 12, C 6 H 14, C 8 H 18 и др.

sp 2 -Гибридизация sp 2 -Гибридизация – гибридизация, в которой участвуют атомные орбитали одного s- и двух p-электронов

образуются три гибридные sp 2 орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120° друг к другу

Пространственная конфигурация молекулы центральный атом включает в себя sp 2 - гибридные орбитали

Модель молекулы BCl 3 5B5B 1s22s22p11s22s22p1

Атомы углерода, находящиеся во втором валентном состоянии (sp 2 -гибридизация) связаны друг с другом двойными химическими связями. При sp 2 - гибридизации атом углерода образует три σ-связи и одну π-связь с соседними атомами углерода

σ- и π-перекрывание орбиталей между атомами с sp 2 -гибридными орбиталями

Примеры соединений, в которых наблюдается sp 2 -гибридизация: SO 3, BCl 3, BF 3, AlCl 3, CO 3 2-, NO 3 -. все этиленовые углеводороды (алкены) (общая формула C n H 2n ), карбоновые кислоты и ароматические углеводороды (аренов) и др. органические соединения: C 2 H 4 (этилен), C 4 H 8, C 6 H 12, C 6 H 6 (бензол), C 8 H 10, C 9 H 12, CH 3 COOH, C 6 H 5 OH (фенол), СH 2 O (формальдегид), C 5 H 9 NO 4 (глутаминовая кислота) и др.

Образование sp-гибридных орбиталей sp-Гибридизация - это гибридизация, в которой участвуют атомные орбитали одного s- и одного p-электронов

Модель атома с sp-гибридными орбиталями образуются 2 гибридные орбитали, которые ориентируются друг к другу под углом 180°

Пространственная конфигурация молекулы, центральный атом которой включает sp-гибридные орбитали

Переход атома бериллия в возбужденное и гибридное состояния 4 Be 1s22s21s22s2

Линейная форма молекулы BeH 2 атом бериллия образован гибридными sp- орбиталями

Примеры химических соединений, для которых характерна sp-гибридизация: BeCl 2, BeH 2, CO, CO 2, HCN во всех ацетиленовых углеводородах (алкинах): C 2 H 2 (ацетилен), C 4 H 6, C 6 H 10 и т. д. (общая формула алкинов C n H 2n-2 ) и др. органических соединениях.

В алкинах sp-гибридизации подвергаются атомы углерода, соединяющиеся между собой тройными связями. При этом гибридные орбитали атомов углерода образуют две σ-связи с соседними атомами, а негибридные орбитали атомов углерода образуют две π-связи. негибридные орбитали гибридные орбитали

σ- и π-перекрывание орбиталей между атомами с sp-гибридными орбиталями

Возможные формы гибридной орбитали за счет комбинации s-, p-,и d-атомных орбиталей Форма этой орбитали зависит от магнитного квантового числа, характеризующего орбиталь.

Расположение гибридных орбиталей в атоме sp-гибридизация - электронные облака ориентируются в противоположных направлениях sр 2 -гибридизация в направлениях, лежащих в одной плоскости и составляющих друг с другом углы в 120° (т. е. в направлениях к вершинам правильного треугольника), зр 3 -гибридизация к вершинам тетраэдра (угол между этими направлениями составляет 109°28') sp 3 d 2 гибридизация к вершинам октаэдра (т. е. по взаимно перпендикулярным направлениям).

Тетрагональная пространственная конфигурация молекулы, центральный атом которой включает sp 2 d-гибридные орбитали sp 2 d-Гибридизация – тип гибридизации, в которой участвуют атомные орбитали одного s-, двух p- и одного d-электронов. [PdCl 4 ] 2-, [Pt(NH 3 ) 4 ] 2+, [Ni II (CN) 4 ] 2-

sp 3 d-Гибридизация – тип гибридизации, в которой участвуют атомные орбитали одного s-, трех p- и одного d-электронов. тригонально- бипирамидальная пирамидальная форму PF 5, PCl 5, SbCl 5, [Fe 0 (CO) 5 ] 0 Sb(C 6 HC 5 ) 5

sp 3 d 2 -Гибридизация - тип гибридизации, в которой участвуют атомные орбитали одного s-, трех p- и двух d-электронов Октаэдрическая Тригонально-призматическая SF 6, PF 6 -, SiF 6 2-

sp 3 d 3 -Гибридизация - тип гибридизации, в которой участвуют атомные орбитали одного s-, трех p- и трех d-электронов. Пентагонально-бипирамидальная пространственная конфигурация молекулы XeF 6, IF 7, ZrF 7 3-, UF 7 3-

sp 3 d 4 -Гибридизация - тип гибридизации, в которой участвуют атомные орбитали одного s-, трех p- и четырех d-электронов. Пространственная конфигурация молекулы может быть кубической (PbF 8 4- ), тетрагонально-антипризматической (TaF 8 3- ) додекаэдрической.

Использованы материалы: html 4. shtml 4. shtml _issue_11_2008_Supercooled_water.htm _issue_11_2008_Supercooled_water.htm er_Molecule_Formula_png er_Molecule_Formula_png

3 Li 4 Be 5B5B 6 C 7N7N 8O8O 9 F 10 Ne 1s22s11s22s1 1s22s21s22s2 1s22s22p11s22s22p1 1s22s22p21s22s22p2 1s22s22p31s22s22p3 1s22s22p41s22s22p4 1s22s22p51s22s22p5 1s22s22p61s22s22p6

Переход атома углерода в возбужденное и гибридное состояния

Переход атома бора в возбужденное и гибридное состояния