Методът на валентната връзка позволява ясно да се обяснят пространствените характеристики на много молекули. Въпреки това, обичайната идея за формите на орбиталите не е достатъчна, за да отговори на въпроса защо, ако централният атом има различни - с, стр, д– валентни орбитали, образуваните от него връзки в молекули с еднакви заместители се оказват еквивалентни по своите енергийни и пространствени характеристики. През двадесетте години на 19 век Линус Полинг предлага концепцията за хибридизация на електронните орбитали. Хибридизацията е абстрактен модел на подреждането на атомните орбитали по форма и енергия.
Примери за хибридни орбитални форми са представени в таблица 5.
Таблица 5. Хибрид sp, sp 2 , sp 3 орбитали
Концепцията за хибридизация е удобна за използване при обяснение на геометричната форма на молекулите и размера на ъглите на свързване (примери от задачи 2–5).
Алгоритъм за определяне на геометрията на молекулите по метода BC:
А. Определете централния атом и броя на σ-връзките с крайните атоми.
b. Начертайте електронните конфигурации на всички атоми, които изграждат молекулата и графичните изображения на външните електронни нива.
V. Съгласно принципите на метода BC, образуването на всяка връзка изисква двойка електрони, в общия случай по един от всеки атом. Ако няма достатъчно несдвоени електрони за централния атом, трябва да се предположи възбуждането на атома с прехода на един от двойката електрони към по-високо енергийно ниво.
г. Приемете необходимостта и вида на хибридизацията, като вземете предвид всички връзки и, за елементи от първия период, несдвоени електрони.
д. Въз основа на горните заключения начертайте електронните орбитали (хибридни или не) на всички атоми в молекулата и тяхното припокриване. Направете заключение за геометрията на молекулата и приблизителната стойност на ъглите на връзката.
е. Определете степента на полярност на връзката въз основа на стойностите на електроотрицателността на атомите (Таблица 6) Определете наличието на диполен момент въз основа на местоположението на центровете на тежестта на положителните и отрицателните заряди и/или симетрията на молекула.
Таблица 6. Стойности на електроотрицателността на някои елементи според Полинг
Примерни задачи
Упражнение 1. Опишете химичната връзка в молекулата на CO с помощта на метода BC.
Решение (фиг. 25)
А. Начертайте електронните конфигурации на всички атоми, които изграждат молекулата.
b. За да се образува връзка, е необходимо да се създадат социализирани електронни двойки
Фигура 25. Схема на образуване на връзка в молекула CO (без орбитална хибридизация)
Извод: В молекулата на CO има тройна връзка C≡O
За молекулата на CO можем да приемем наличието sp-хибридизация на орбиталите на двата атома (фиг.26). Сдвоените електрони, които не участват в образуването на връзка, са разположени върху sp-хибридна орбитала.
 |  |
Фигура 26. Схема на образуване на връзка в молекула CO (като се вземе предвид хибридизацията на орбиталите)
Задача 2.Въз основа на метода BC приемете пространствената структура на молекулата BeH 2 и определете дали молекулата е дипол.
Решението на проблема е представено в таблица 7.
Таблица 7. Определяне на геометрията на BeH 2 молекулата
| Електронна конфигурация | Бележки | ||
| А. | Централният атом е берилий. Той трябва да образува две ϭ-връзки с водородни атоми | ||
| b. | H: 1 с 1 Бъди: 2 с 2 | Водородният атом има несдвоен електрон, берилиевият атом има всичките си сдвоени електрони, той трябва да бъде прехвърлен във възбудено състояние | |
| V. | H: 1 с 1 Бе*: 2 с 1 2стр 1 | Ако един водороден атом е свързан с берилий поради 2 с-електрон на берилий, а другият - поради 2 стр-електрон на берилий, то молекулата няма да има симетрия, което е енергийно неоправдано, и връзките Be–H не биха били еквивалентни. | |
| Ж. | H: 1 с 1 Be*: 2( sp) 2 | Трябва да се приеме, че има sp-хибридизация | |
| д. | две sp-хибридните орбитали са разположени под ъгъл 180°, молекулата BeH 2 е линейна | ||
| д. |  | Електроотрицателност χ H = 2.1, χ Be = 1.5, следователно връзката е ковалентна полярна, електронната плътност се измества към водородния атом, върху него се появява малък отрицателен заряд δ–. На берилиевия атом δ+. Тъй като центровете на тежестта на положителни и отрицателен зарядсъвпада (тя е симетрична), молекулата не е дипол. |
Подобни разсъждения ще помогнат да се опише геометрията на молекулите с sp 2 - и sp 3-хибридни орбитали (Таблица 8).
Таблица 8. Геометрия на BF 3 и CH 4 молекули
Задача 3.Въз основа на метода BC приемете пространствената структура на молекулата H 2 O и определете дали молекулата е дипол. Има две възможни решения, те са представени в таблици 9 и 10.
Таблица 9. Определяне на геометрията на молекулата на H 2 O (без орбитална хибридизация)
| Електронна конфигурация | Графично изображениеорбитали на външно ниво | Бележки | |
| А. | |||
| b. | H: 1 с 1 О: 2 с 2 2стр 4 |  | |
| V. | Има достатъчно несдвоени електрони, за да образуват две ϭ връзки с водородни атоми. | ||
| Ж. | Хибридизацията може да бъде пренебрегната | ||
| д. |  | ||
| д. |  |
Така една водна молекула трябва да има ъгъл на свързване от около 90°. Ъгълът между връзките обаче е приблизително 104°.
Това може да се обясни
1) отблъскване на водородни атоми, разположени близо един до друг.
2) Хибридизация на орбиталите (Таблица 10).
Таблица 10. Определяне на геометрията на молекулата на H 2 O (като се вземе предвид хибридизацията на орбиталите)
| Електронна конфигурация | Графично представяне на орбитали от външно ниво | Бележки | |
| А. | Централният атом е кислородът. Той трябва да образува две ϭ връзки с водородни атоми. | ||
| b. | H: 1 с 1 О: 2 с 2 2стр 4 | | Водородният атом има несдвоен електрон, а кислородният атом има два несдвоени електрона. |
| V. | Водородният атом има несдвоен електрон, а кислородният атом има два несдвоени електрона. | ||
| Ж. | Ъгъл от 104° подсказва наличието sp 3-хибридизация. | ||
| д. |  | две sp 3-хибридните орбитали са разположени под ъгъл от приблизително 109 °, молекулата на H 2 O е близка по форма до тетраедър, намаляването на ъгъла на връзката се обяснява с влиянието на електронната несвързваща двойка. | |
| д. | Електроотрицателност χ Н = 2.1, χ О = 3.5, следователно връзката е ковалентна полярна, електронната плътност е изместена към кислородния атом, върху него се появява малък отрицателен заряд 2δ– На водородния атом δ+. Тъй като центровете на тежестта на положителните и отрицателните заряди не съвпадат (това не е симетрично), молекулата е дипол. |
Подобни разсъждения позволяват да се обяснят ъглите на връзката в молекулата на амоняка NH3. Хибридизация, включваща неразделени електронни двойки, обикновено се приемат само за орбиталите на атоми от елементи от период II. Ъгли на връзката в молекулите H 2 S = 92 °, H 2 Se = 91 °, H 2 Te = 89 °. Същото се наблюдава в сериите NH 3, РH 3, AsH 3. Когато описват геометрията на тези молекули, традиционно или не прибягват до концепцията за хибридизация, или обясняват намаляването на тетраедричния ъгъл с нарастващото влияние на самотната двойка.
Концепция за хибридизация
Концепция за хибридизация на валентни атомни орбиталибеше предложено от американския химик Линус Полинг, за да отговори на въпроса защо, ако централният атом има различни (s, p, d) валентни орбитали, връзките, които образува в многоатомни молекули със същите лиганди, се оказват еквивалентни по своята енергия и пространствени характеристики.
Концепциите за хибридизация са централни за метода на валентната връзка. Хибридизацията сама по себе си не е реален физически процес, а само удобен модел, който позволява да се обясни електронната структура на молекулите, по-специално хипотетичните модификации на атомните орбитали по време на образуването на ковалентна химична връзка, по-специално подравняването на дължините на химичните връзки и ъглите на свързване в молекулата.
Концепцията за хибридизация беше успешно приложена към качественото описание на прости молекули, но по-късно беше разширена до по-сложни. За разлика от теорията на молекулярните орбитали, тя не е строго количествена; например не е в състояние да предскаже фотоелектронните спектри дори на такива прости молекули като водата. В момента се използва главно за методологични цели и в синтетичната органична химия.
Този принцип е отразен в теорията на Гилеспи-Нихолм за отблъскването на електронни двойки. Първо и най важно правилокойто беше формулиран по следния начин:
„Електронните двойки приемат подредба на валентната обвивка на атом, в която те са възможно най-далеч една от друга, тоест електронните двойки се държат така, сякаш взаимно се отблъскват.“Второто правило е, че „всички електронни двойки, включени във валентната електронна обвивка, се считат за разположени на едно и също разстояние от ядрото“.
Видове хибридизация
sp хибридизация
Възниква при смесване на една s- и една p-орбитала. Образуват се две еквивалентни sp-атомни орбитали, разположени линейно под ъгъл от 180 градуса и насочени в различни посоки от ядрото на въглеродния атом. Двете останали нехибридни p-орбитали са разположени във взаимно перпендикулярни равнини и участват в образуването на π връзки или заемат несподелени двойки електрони.
sp 2 хибридизация
Възниква при смесване на една s- и две p-орбитали. Оформени са три хибридни орбитали с оси, разположени в една и съща равнина и насочени към върховете на триъгълника под ъгъл 120 градуса. Нехибридната p-атомна орбитала е перпендикулярна на равнината и като правило участва в образуването на π връзки
sp 3 хибридизация
Възниква, когато една s- и три p-орбитали се смесват, образувайки четири sp3-хибридни орбитали с еднаква форма и енергия. Те могат да образуват четири σ връзки с други атоми или да бъдат изпълнени с несподелени двойки електрони.
Осите на sp3-хибридните орбитали са насочени към върховете на правилен тетраедър. Тетраедричният ъгъл между тях е 109°28", което съответства на най-ниската енергия на отблъскване на електрони. Също така, sp3 орбиталите могат да образуват четири σ връзки с други атоми или да бъдат запълнени с несподелени двойки електрони.
Хибридизация и молекулярна геометрия
Концепцията за хибридизация на атомните орбитали е в основата на теорията на Гилеспи-Найхолм за отблъскването на електронни двойки. Всеки тип хибридизация съответства на строго определена пространствена ориентация на хибридните орбитали на централния атом, което позволява да се използва като основа за стереохимични концепции в органична химия.
Таблицата показва примери за съответствие между най-често срещаните видове хибридизация и геометричната структура на молекулите, при предположението, че всички хибридни орбитали участват в образуването на химични връзки (няма несподелени електронни двойки).
| Тип хибридизация | Номер хибридни орбитали |
Геометрия | Структура | Примери |
|---|---|---|---|---|
| sp | 2 | Линеен | BeF2, CO2, NO2+ | |
| sp 2 | 3 | Триъгълна |  |
BF 3, NO 3 -, CO 3 2- |
| sp 3 | 4 | Тетраедърен |  |
CH4, ClO4-, SO42-, NH4+ |
| dsp 2 | 4 | Плосък квадрат |  |
Ni(CO)4, XeF4 |
| sp 3 d | 5 | Шестостен |  |
PCl5, AsF5 |
| sp 3 d 2 | 6 | Осмостенен |  |
SF 6, Fe(CN) 6 3-, CoF 6 3- |
Връзки
Литература
- Полинг Л.Природата на химичната връзка / Прев. от английски М. Е. Дяткина. Изд. проф. Ю. К. Сиркина. - М.; Л.: Госхимиздат, 1947. - 440 с.
- Полинг Л.Обща химия. пер. от английски - М.: Мир, 1974. - 846 с.
- Минкин В. И., Симкин Б. Я., Миняев Р. М.Теория на молекулярната структура. - Ростов на Дон: Феникс, 1997. - С. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7
- Гилеспи Р.Геометрия на молекулите / Прев. от английски Е. З. Засорина и В. С. Мастрюков, изд. Ю. А. Пентина. - М.: Мир, 1975. - 278 с.
Вижте също
Бележки
Фондация Уикимедия. 2010 г.
Хибридизация на атомни орбитали и молекулярна геометрия
Важна характеристика на молекула, състояща се от повече от два атома, е нейната геометрична конфигурация.Определено е относителна позицияатомни орбитали, участващи в образуването на химични връзки.
Припокриване на електронни облаци е възможно само при определена относителна ориентация на електронните облаци; в този случай областта на припокриване е разположена в определена посока по отношение на взаимодействащите атоми.
Таблица 1 Хибридизация на орбитали и пространствена конфигурация на молекули
Възбуден берилиев атом има конфигурация 2s 1 2p 1, възбуден борен атом има конфигурация 2s 1 2p 2, а възбуден въглероден атом има конфигурация 2s 1 2p 3. Следователно можем да предположим, че не еднакви, а различни атомни орбитали могат да участват в образуването на химични връзки. Например в съединения като BeCl 2, BeCl 3, CCl 4 трябва да има връзки с различна сила и посока, а σ-връзките от p-орбиталите трябва да са по-силни от връзките от s-орбиталите, т.к. за p-орбиталите има по-благоприятни условия за припокриване. Опитът обаче показва, че в молекули, съдържащи централни атоми с различни валентни орбитали (s, p, d), всички връзки са еквивалентни. Обяснение за това е дадено от Слейтър и Полинг. Те заключиха, че различни орбитали, които не са много различни по енергия, образуват съответен брой хибридни орбитали. Хибридните (смесени) орбитали се образуват от различни атомни орбитали. Броят на хибридните орбитали е равен на броя на атомните орбитали, участващи в хибридизацията. Хибридните орбитали са идентични по форма и енергия на електронния облак. В сравнение с атомните орбитали, те са по-издължени в посоката на образуване на химични връзки и следователно осигуряват по-добро припокриване на електронни облаци.
Хибридизацията на атомните орбитали изисква енергия, така че хибридните орбитали в изолиран атом са нестабилни и са склонни да се превръщат в чисти АО. Когато се образуват химични връзки, хибридните орбитали се стабилизират. Поради по-силните връзки, образувани от хибридните орбитали, повече енергия се освобождава от системата и следователно системата става по-стабилна.
sp-хибридизация възниква, например, по време на образуването на Be, Zn, Co и Hg (II) халогениди. IN валентно състояниеВсички метални халогениди съдържат s и p-несдвоени електрони на подходящо енергийно ниво. Когато се образува молекула, една s и една p орбитала образуват две хибридни sp орбитали под ъгъл от 180 градуса.
Фиг.3 sp хибридни орбитали
Експерименталните данни показват, че Be, Zn, Cd и Hg(II) халогенидите са линейни и двете връзки са с еднаква дължина.
sp 2 хибридизация
В резултат на хибридизацията на една s-орбитала и две p-орбитали се образуват три хибридни sp 2 орбитали, разположени в една и съща равнина под ъгъл 120o една спрямо друга. Това е например конфигурацията на молекулата BF 3:
Фиг.4 sp 2 хибридизация
sp 3 хибридизация
sp 3 хибридизацията е характерна за въглеродните съединения. В резултат на хибридизацията на една s орбитала и три
p-орбитали се образуват четири хибридни sp 3 орбитали, насочени към върховете на тетраедъра с ъгъл между орбиталите 109,5o. Хибридизацията се проявява в пълната еквивалентност на връзките на въглероден атом с други атоми в съединения, например в CH 4, CCl 4, C (CH 3) 4 и др.
Фиг.5 sp 3 хибридизация
Ако всички хибридни орбитали са свързани с едни и същи атоми, тогава връзките не се различават една от друга. В други случаи се получават леки отклонения от стандартните ъгли на свързване. Например, във водната молекула H 2 O, кислородът - sp 3 -хибрид, се намира в центъра на неправилен тетраедър, в върховете на който "гледат" два водородни атома и две самотни двойки електрони (фиг. 2) . Формата на молекулата е ъглова, когато се гледа от центровете на атомите. Ъгълът на свързване на HOH е 105°, което е доста близо до теоретична стойност 109 о.
Фиг.6 sp 3 - хибридизация на кислородни и азотни атоми в молекули a) H 2 O и b) NCl 3.
Ако нямаше хибридизация („подравняване“ O-H връзки), ъгълът на свързване на HOH ще бъде 90°, тъй като водородните атоми ще бъдат прикрепени към две взаимно перпендикулярни p орбитали. В този случай светът ни вероятно би изглеждал съвсем различно.
Теорията на хибридизацията обяснява геометрията на молекулата на амоняка. В резултат на хибридизацията на 2s и трите 2p орбитали на азота се образуват четири sp 3 хибридни орбитали. Конфигурацията на молекулата е изкривен тетраедър, в който три хибридни орбитали участват в образуването на химична връзка, но четвъртата с двойка електрони не участва. Ъгли между N-H връзкине е равен на 90°, както в пирамида, но също така не е равен на 109,5°, съответстващ на тетраедър.
Фиг.7 sp 3 - хибридизация в молекула амоняк
Когато амонякът взаимодейства с водороден йон, в резултат на донорно-акцепторно взаимодействие се образува амониев йон, чиято конфигурация е тетраедър.
Хибридизацията също обяснява разликата в ъгъла между O-H връзкив ъгловата водна молекула. В резултат на хибридизацията на 2s и три 2p орбитали на кислорода се образуват четири sp 3 хибридни орбитали, от които само две участват в образуването на химическа връзка, което води до изкривяване на ъгъла, съответстващ на тетраедъра .
Фиг.8 sp 3 хибридизация във водна молекула
Хибридизацията може да включва не само s- и p-орбитали, но и d- и f-орбитали.
При sp 3 d 2 хибридизация се образуват 6 еквивалентни облака. Наблюдава се в такива съединения като 4-, 4-. В този случай молекулата има конфигурация на октаедър:
Ориз. 9 d 2 sp 3 -хибридизация в йон 4-
Идеите за хибридизацията позволяват да се разберат такива структурни характеристики на молекулите, които не могат да бъдат обяснени по друг начин.
Хибридизацията на атомните орбитали (АО) води до изместване на електронния облак в посока на образуване на връзки с други атоми. В резултат на това площите на припокриване на хибридните орбитали се оказват по-големи, отколкото при чистите орбитали и силата на връзката се увеличава.
Инструкции
Помислете за молекулата на най-простия наситен въглеводород, метан. Изглежда така: CH4. Пространственият модел на молекулата е тетраедър. Въглеродният атом образува връзки с четири водородни атома, които са абсолютно еднакви по дължина и енергия. В тях, според горния пример, участват 3 – P електрона и 1 S – електрон, чиято орбитала в резултат на случилото се започна точно да съответства на орбиталите на останалите три електрона. Този тип хибридизация се нарича sp^3 хибридизация. Тя е присъща на всички ултимати.
Но най-простият представител на ненаситените съединения е етиленът. Формулата му е следната: C2H4. Какъв тип хибридизация е присъщ на въглерода в молекулата на това вещество? В резултат на това се образуват три орбитали под формата на асиметрични „осмици“, лежащи в една и съща равнина под ъгъл 120^0 една спрямо друга. Те са образувани от 1 – S и 2 – P електрони. Последният 3-ти P - електрон не промени своята орбитала, т.е. остана под формата на правилна „осмица“. Този тип хибридизация се нарича sp^2 хибридизация.
Как се образуват връзките в една молекула? Две хибридизирани орбитали на всеки атом влизат в контакт с два водородни атома. Третата хибридизирана орбитала образува връзка със същата орбитала на друга. А останалите P орбитали? Те се „привличат“ един към друг от двете страни на равнината на молекулата. Между въглеродните атоми се е образувала връзка. Това са атоми с „двойна“ връзка, които се характеризират с sp^2.
Какво се случва в една молекула ацетилен или? Формулата му е следната: C2H2. Във всеки въглероден атом само два електрона се подлагат на хибридизация: 1 -S и 1 -P.Останалите две запазват орбитали под формата на "правилни осмици", припокриващи се" в равнината на молекулата и от двете страни на нея. Ето защо този вид хибридизация се нарича sp - хибридизация. Присъщо е на атомите с тройна връзка.
всичко думи, съществуващи на определен език, могат да бъдат разделени на няколко групи. Това е важно за определяне както на значението, така и на граматическите функции думи. Приписвайки го на определен Тип, можете да го промените според правилата, дори ако никога не сте го виждали преди. Видове елементи думиЛексикологията се занимава със състава на езика.
Ще имаш нужда
- - текст;
- - речник.
Инструкции
Изберете думата, чийто вид искате да определите. Принадлежността му към една или друга част на речта все още не играе роля, както и формата и функцията му в изречението. Може да бъде абсолютно всяка дума. Ако не е посочено в задачата, запишете първата, която ви попадне. Определете дали назовава предмет, качество, действие или не. За този параметър всичко думисе делят на номинативни, местоименни, числителни, спомагателни и междуметни. Към първия Типвключват съществителни, прилагателни, глаголи и . Те са имена на предмети, качества и действия. Вторият тип думи, които имат назоваваща функция, са местоименните. Възможността за назоваване отсъства в типове , междуметия и услуги. Това са относително малки групи от думи, но ги има във всички.
Определете дали можете дадена думаизразяват понятие. Тази функция е достъпна за думиарни единици от нарицателен тип, защото именно те формират концептуалния ред на всеки език. Но всяко число също принадлежи към категорията на понятията и съответно носи тази функция. Функционалните думи също го имат, но местоименията и междуметията не.
Помислете каква би била думата, ако беше в изречение. Може ли да бъде? Това може да бъде всяка значима дума. Но и числителното, и числителното имат тази възможност. Но официалните думииграят спомагателна роля; те не могат да бъдат нито субект, нито второстепенни членове на изречението, точно както междуметията.
За удобство можете да създадете таблица от четири колони и шест реда. На горния ред маркирайте подходящите колони „Типове думи“, „Именуване“, „Концепция“ и „Може да бъде част от изречение“. В първата лява колона запишете имената на видовете думи, те са пет. Определете кои функции има дадена дума и кои не. Поставете плюсове и в съответните колони. Ако и трите колони съдържат плюсове, това е значим тип. Прономиналните плюсове ще се появят в първата и третата колона, във втората и третата. Обслужване думимогат да изразяват само понятие, тоест имат един плюс във втората колона. Срещу междуметията и в трите колони ще има минуси.
Видео по темата
Хибридизацията е процес на получаване на хибриди - растения или животни в резултат на кръстосване различни сортовеи породи. Думата хибрид (hibrida) с латински езикпреведено като "смес".
Хибридизация: естествена и изкуствена
Процесът на хибридизация се основава на комбиниране на генетичен материал от различни клетки от различни индивиди в една клетка. Има разграничение между вътревидови и далечни, при които се осъществява връзката на различни геноми. В природата естествената хибридизация се е случила и продължава да се случва без човешка намеса. Именно чрез кръстосване в рамките на един вид растенията се променят и подобряват и се появяват нови сортове и породи животни. От гледна точка настъпва хибридизация на ДНК, нуклеинови киселини, промени на атомно и вътрешноатомно ниво.
В академичната химия хибридизацията се отнася до специфичното взаимодействие на атомните орбитали в молекулите на материята. Но това не е реален физически процес, а само хипотетичен модел, концепция.
Хибриди в растениевъдството
През 1694 г. немският учен Р. Камерариус предлага изкуствено производство. И през 1717 г. англичанинът Т. Феърчайлд за първи път кръстосва различни видове карамфили. Днес се извършва вътрешноспецифична хибридизация на растенията, за да се получат високопродуктивни или адаптирани, например, устойчиви на замръзване сортове. Хибридизацията на форми и сортове е един от методите за отглеждане на растения. По този начин са създадени огромен брой съвременни сортове селскостопански култури.
По време на далечна хибридизация, когато се кръстосват представители различни видовеи се комбинират различни геноми, получените хибриди в повечето случаи не дават потомство или дават кръстоски с ниско качество. Ето защо няма смисъл да оставяте семената на хибридните краставици узрели в градината и всеки път да купувате семената им в специализиран магазин.
Развъждане в животновъдството
В света се извършва и естествена хибридизация, както вътрешновидова, така и далечна. Мулетата са били известни на човека две хиляди години преди нашата ера. И в момента мулето и мулето се използват в домакинствата като сравнително евтини работни животни. Вярно е, че такава хибридизация е междувидова, така че мъжките хибриди задължително се раждат стерилни. Женските много рядко могат да раждат потомство.
Мулето е хибрид на кобила и магаре. Хибридът, получен чрез кръстосване на жребец и магаре, се нарича хини. Мулетата са специално отглеждани. Те са по-високи и по-силни от хини.
Но пресичането домашно кучес вълк беше много често срещано занимание сред ловците. След това полученото потомство беше подложено на допълнителна селекция, което доведе до създаването на нови породи кучета. Днес селекцията на животните е важен компонент от успеха на животновъдната индустрия. Хибридизацията се извършва целенасочено, като се фокусира върху определени параметри.
Ковалентните връзки са най-често срещаните в света на органичните вещества, те се характеризират с насищане, поляризуемост и насоченост в пространството.
Наситеността на ковалентната връзка се крие във факта, че броят на общите електронни двойки, които даден атом може да образува, е ограничен. Поради това ковалентните съединения имат строго определен състав. Следователно, например, има молекули H 2, N 2, CH 4, но няма молекули H 3, N 4, CH 5.
Поляризуемостта на ковалентната връзка се състои в способността на молекулите (и отделните връзки в тях) да променят своята полярност под въздействието на външно електрическо поле - да се поляризират.
В резултат на поляризацията неполярните молекули могат да станат полярни, а полярните могат да се превърнат в още по-полярни, до пълното разрушаване на отделните връзки с образуването на йони:
Насочеността на ковалентната връзка се дължи на факта, че p-, d- и f-облаците са ориентирани по определен начин в пространството. Посоката на ковалентната връзка влияе върху формата на молекулите на веществата, техните размери, междуатомни разстояния, ъгъл на свързване, т.е. геометрията на молекулите.
По-пълно разбиране на формата на молекулите на органичните и неорганични веществаможе да се състави въз основа на хипотезата за хибридизация на атомните орбитали. Предложено е от L. Pauling (САЩ), за да се обясни какво е установено с помощта на физични методиизследвания на веществата, фактът на еквивалентността на всички химични връзки и тяхното симетрично разположение спрямо центъра на молекулите CH 4, BF 3, BeCl 2. Във всеки случай образуването на σ връзки от централния атом (C, B, Be) трябва да включва електрони, разположени в различни състояния(s и p), така че не могат да бъдат еквивалентни. Теорията се оказа неспособна да обясни фактите, възникна противоречие, което беше разрешено с помощта на нова хипотеза. Това е един от примерите, показващи пътя на развитие на човешкото познание за околния свят, възможността за все по-дълбоко проникване в същността на явленията.
Бяхте запознати с хипотезата за хибридизация на атомни орбитали в курса на органичната химия, използвайки примера на въглеродния атом. Нека ви напомним това отново.
Когато се образува метанова молекула CH 4, въглеродният атом преминава от основното състояние към възбуденото:
Външният електронен слой на възбудения въглероден атом съдържа един s-електрон и три несдвоени p-електрона, които образуват четири σ-връзки с четири s-електрона на водородни атоми. В този случай трябва да се очаква, че три C-H връзки, образувани поради сдвояването на три p-електрона на въглероден атом с три s-електрона на три водородни атома (s-p σ връзка), трябва да се различават от четвъртата (s-s ) връзка по сила, дължина, посока. Изследване на електронната плътност в молекулите на метана показва, че всички връзки в неговата молекула са еквивалентни и насочени към върховете на тетраедъра (фиг. 10). Според хипотезата за хибридизация на атомните орбитали, четирите ковалентни връзки на молекулата на метана се образуват не с участието на „чисти“ s- и p-облаци на въглеродния атом, а с участието на така наречените хибридни, т.е. , осреднени, еквивалентни електронни облаци.
Ориз. 10. Модел на топка и пръчка на молекулата на метана
Според този модел броят на хибридните атомни орбитали е равен на броя на оригиналните „чисти“ орбитали. Съответните хибридни облаци имат по-благоприятна геометрична форма от s- и p-облаците; тяхната електронна плътност е разпределена по различен начин, което осигурява по-пълно припокриване с s-облаци от водородни атоми, отколкото би било в случая с „чистите“ s- и p-облаци.
В молекулата на метана и в други алкани, както и във всички молекули на органични съединения, на мястото на единична връзка въглеродните атоми са в състояние на sp3 хибридизация, т.е. при въглеродния атом, един s- и три p-атомните облаци претърпяха хибридизация и се образуваха четири идентични хибридни sp 3 -атомни орбитали на облака.
В резултат на припокриването на съответните четири хибридни sp 3 облака на въглеродния атом с s облаците от четири водородни атома се образува тетраедрична метанова молекула с четири идентични σ връзки, разположени под ъгъл 109°28" (фиг. 11).
Ориз. единадесет.
Схеми на sp 3 хибридизация на облаци от валентни електрони (а) и образуване на връзки в молекула метан (б)
Този тип атомна хибридизация и, следователно, тетраедричната структура също ще характеризират молекулите на съединенията на въглеродния аналог - силиций: SiH 4, SiCl 4.
По време на образуването на водни и амонячни молекули също възниква sp 3 хибридизация на валентните атомни орбитали на кислородни и азотни атоми. Въпреки това, ако въглеродният атом има всичките четири хибридни sp 3 облака, заети от общи електронни двойки, тогава азотният атом има един sp 3 облак, зает от несподелена електронна двойка, а кислородният атом вече има два sp 3 облака, заети от тях (фиг. . 12).
Ориз. 12.
Форми на молекулите на амоняк, вода и флуороводород
Наличието на несподелени електронни двойки води до намаляване на ъглите на връзката (Таблица 8) в сравнение с тетраедричните (109°28").
Таблица 8
Връзка между броя на несподелените електронни двойки и ъгъла на връзката в молекулите
sp 3 -Хибридизация се наблюдава не само за атоми в сложни вещества, но и за атоми в прости вещества. Например в атоми на такава алотропна модификация на въглерод като диамант.
В молекулите на някои борни съединения се осъществява sp 2 хибридизация на валентните атомни орбитали на борния атом.
За борен атом във възбудено състояние една s- и две p-орбитали участват в хибридизацията, което води до образуването на три sp 2 хибридни орбитали; осите на съответните хибридни облаци са разположени в равнината под ъгъл от 120 ° един към друг (фиг. 13).
Ориз. 13.
Схеми на 8р 2 -хибридизация и местоположение на sp 2 -облаци в пространството
Следователно молекулите на такива съединения, например BF3, имат формата на плосък триъгълник (фиг. 14).
Ориз. 14.
Структура на молекулата BF3
В органичните съединения, както знаете, sp 2 хибридизацията е характерна за въглеродните атоми в алкеновите молекули на мястото на двойната връзка, което обяснява равнинната структура на тези части на молекулите, както и молекулите на диените и арените. sp 2 -Хибридизация се наблюдава и при въглеродни атоми и в такава алотропна модификация на въглерод като графит.
В молекулите на някои берилиеви съединения се наблюдава sp хибридизация на валентните орбитали на берилиевия атом във възбудено състояние.
Два хибридни облака са ориентирани един спрямо друг под ъгъл от 180° (фиг. 15), поради което молекулата на берилиевия хлорид BeCl 2 има линейна форма.
Ориз. 15.
Схеми на sp-хибридизация и разположение на sp-облаци в пространството
Подобен тип хибридизация на атомни орбитали съществува за въглеродни атоми в алкини - въглеводороди от ацетиленовата серия - на мястото на тройната връзка.
Тази хибридизация на орбиталите е характерна за въглеродните атоми в друга от неговите алотропни модификации - карбин:
Таблица 9 показва видовете геометрични конфигурации на молекули, съответстващи на определени видове хибридизация на орбиталите на централния атом А, като се отчита влиянието на броя на свободните (несвързващи) електронни двойки.
Таблица 9
Геометрични конфигурации на молекули, съответстващи на различни видове хибридизация на външните електронни орбитали на централния атом
Въпроси и задачи към § 7
- В молекулите на водородни съединения на въглерод, азот и кислород, чиито формули са CH 4, NH 3 и H 2 O, валентните орбитали на централните неметални атоми са в състояние на sp 3 хибридизация, но връзката ъглите между връзките са различни - съответно 109°28" 107°30" и 104°27" Как може да се обясни това?
- Защо графитът е електропроводим, а диамантът не?
- Каква геометрична форма ще имат молекулите на два флуорида - бор и азот (съответно BF 3 и NF 3)? Дайте аргументиран отговор.
- Молекулата на силициевия флуорид SiF 4 има тетраедрична структура, а молекулата на бромния хлорид BCl 3 има триъгълна форма - планарна. Защо?
