Metoda valentnih veza omogućuje vizualno objašnjenje prostornih karakteristika mnogih molekula. Međutim, uobičajena ideja o oblicima orbitala nije dovoljna da odgovori na pitanje zašto, ako središnji atom ima različite - s, str, d- valentne orbitale, veze koje stvaraju u molekulama s istim supstituentima ispadaju ekvivalentne u svojim energetskim i prostornim karakteristikama. Dvadesetih godina XIX stoljeća Linus Pauling predložio je koncept hibridizacije elektronskih orbitala. Hibridizacija se shvaća kao apstraktni model poravnanja atomskih orbitala po obliku i energiji.
Primjeri oblika hibridnih orbitala prikazani su u tablici 5.
Tablica 5. Hibrid sp, sp 2 , sp 3 orbitale
Pojam hibridizacije zgodno je koristiti pri objašnjavanju geometrijskog oblika molekula i veličine veznih kutova (primjeri zadataka 2–5).
Algoritam za određivanje geometrije molekula VS metodom:
A. Odredite središnji atom i broj σ-veza s terminalnim atomima.
b. Sastavite elektroničke konfiguracije svih atoma koji čine molekulu i grafičke slike vanjskih elektroničkih razina.
V. Prema principima VS metode, za stvaranje svake veze potreban je par elektrona, u općem slučaju po jedan iz svakog atoma. Ako za središnji atom nema dovoljno nesparenih elektrona, treba pretpostaviti da je atom pobuđen prijelazom jednog od para elektrona na višu energetsku razinu.
d. Predložite potrebu i vrstu hibridizacije, uzimajući u obzir sve veze, a za elemente prve periode i nesparene elektrone.
e. Na temelju gornjih zaključaka oslikajte elektronske orbitale (hibridne ili ne) svih atoma u molekuli i njihovo preklapanje. Zaključite o geometriji molekule i približnoj vrijednosti veznih kutova.
e. Odrediti stupanj polariteta veze na temelju vrijednosti elektronegativnosti atoma (tablica 6) Odrediti prisutnost dipolnog momenta na temelju položaja težišta pozitivnih i negativnih naboja i/ili simetrija molekule.
Tablica 6. Vrijednosti elektronegativnosti nekih elemenata prema Paulingu
Primjeri zadataka
Vježba 1. Opišite kemijsku vezu u molekuli CO metodom BC.
Rješenje (sl.25)
A. Sastavite elektroničke konfiguracije svih atoma koji čine molekulu.
b. Za stvaranje veze potrebno je stvoriti socijalizirane elektronske parove
Slika 25. Shema stvaranja veze u molekuli CO (bez hibridizacije orbitala)
Zaključak: U molekuli CO postoji trostruka veza C≡O
Za molekulu CO možemo pretpostaviti prisutnost sp-hibridizacija orbitala oba atoma (slika 26). Upaljeni su elektroni koji ne sudjeluju u stvaranju veze sp hibridna orbitala.
 |  |
Slika 26. Shema stvaranja veze u molekuli CO (uzimajući u obzir hibridizaciju orbitala)
Zadatak 2. Na temelju VS metode predložite prostornu strukturu molekule BeH 2 i odredite je li molekula dipol.
Rješenje problema prikazano je u tablici 7.
Tablica 7. Određivanje geometrije molekule BeH 2
| Elektronička konfiguracija | Bilješke | ||
| A. | Središnji atom je berilij. Treba formirati dvije ϭ-veze s atomima vodika | ||
| b. | H: 1 s 1 Budi: 2 s 2 | Atom vodika ima nespareni elektron, atom berilija ima sve uparene elektrone, mora se prebaciti u pobuđeno stanje | |
| V. | H: 1 s 1 Be*: 2 s 1 2str 1 | Ako se jedan atom vodika veže na berilij na račun 2 s-elektron berilija, a drugi - zbog 2 str-elektrona berilija, tada molekula ne bi imala simetriju, što je energetski neopravdano, a Be–H veze ne bi bile ekvivalentne. | |
| G. | H: 1 s 1 Be*: 2( sp) 2 | Treba pretpostaviti da tamo sp- hibridizacija | |
| d. | Dva sp-hibridne orbitale nalaze se pod kutom od 180°, molekula BeH 2 je linearna | ||
| e. |  | Elektronegativnost χ H = 2,1, χ Be = 1,5, dakle veza je kovalentna polarna, gustoća elektrona je pomaknuta na atom vodika, na njemu se pojavljuje mali negativni naboj δ–. Na atomu berilija δ+. Budući da su težišta pozitivnih i negativni naboj podudaraju (simetrična je), molekula nije dipol. |
Slično razmišljanje pomoći će u opisivanju geometrije molekula s sp 2 - i sp 3 hibridne orbitale (tablica 8).
Tablica 8. Geometrija molekula BF 3 i CH 4
Zadatak 3. Na temelju VS metode predložite prostornu strukturu molekule H 2 O i odredite je li molekula dipol. Postoje dva moguća rješenja, prikazana su u tablicama 9 i 10.
Tablica 9. Određivanje geometrije molekule H 2 O (bez orbitalne hibridizacije)
| Elektronička konfiguracija | Grafička slika orbitale vanjske razine | Bilješke | |
| A. | |||
| b. | H: 1 s 1O:2 s 2 2str 4 |  | |
| V. | Postoji dovoljno nesparenih elektrona da se stvore dvije ϭ-veze s atomima vodika. | ||
| G. | hibridizacija se može zanemariti. | ||
| d. |  | ||
| e. |  |
Dakle, molekula vode mora imati vezni kut od oko 90°. Međutim, kut između veza je približno 104°.
Ovo se može objasniti
1) odbijanje blisko smještenih atoma vodika.
2) Hibridizacija orbitala (Tablica 10).
Tablica 10. Određivanje geometrije molekule H 2 O (uzimajući u obzir hibridizaciju orbitala)
| Elektronička konfiguracija | Grafički prikaz orbitala vanjske razine | Bilješke | |
| A. | Središnji atom je kisik. Treba formirati dvije ϭ-veze s atomima vodika. | ||
| b. | H: 1 s 1O:2 s 2 2str 4 | | Atom vodika ima nespareni elektron, atom kisika ima dva nesparena elektrona. |
| V. | Atom vodika ima nespareni elektron, atom kisika ima dva nesparena elektrona. | ||
| G. | Kut od 104° sugerira prisutnost sp 3 - hibridizacija. | ||
| d. |  | Dva sp 3-hibridne orbitale nalaze se pod kutom od približno 109 °, molekula H 2 O je u obliku bliska tetraedru, smanjenje kuta veze objašnjava se utjecajem nevezujućeg para elektrona. | |
| e. | Elektronegativnost χ H = 2,1, χ O = 3,5, dakle veza je kovalentna polarna, gustoća elektrona je pomaknuta na atom kisika, na njemu se javlja mali negativni naboj 2δ– Na atomu vodika δ+. Budući da se težišta pozitivnog i negativnog naboja ne poklapaju (nije simetrična), molekula je dipol. |
Slično razmišljanje omogućuje objašnjenje veznih kutova u molekuli amonijaka NH 3 . Hibridizacija koja uključuje lone elektronskih parova, obično se pretpostavljaju samo za orbitale atoma elemenata II. Vezni kutovi u molekulama H 2 S = 92°, H 2 Se = 91°, H 2 Te = 89°. Isto se opaža u nizu NH 3 , RH 3 , AsH 3 . Kada se opisuje geometrija ovih molekula, tradicionalno se ili ne pribjegava konceptu hibridizacije ili se smanjenje tetraedarskog kuta objašnjava sve većim utjecajem usamljenog para.
Pojam hibridizacije
Pojam hibridizacije valentnih atomskih orbitala predložio je američki kemičar Linus Pauling kao odgovor na pitanje zašto su, ako središnji atom ima različite (s, p, d) valentne orbitale, veze koje on tvori u poliatomskim molekulama s istim ligandima ekvivalentne u svojim energetskim i prostornim karakteristikama .
Ideje o hibridizaciji središnje su za metodu valentnih veza. Hibridizacija sama po sebi nije pravi fizički proces, već samo prikladan model koji omogućuje objašnjenje elektronske strukture molekula, posebno hipotetskih modifikacija atomskih orbitala tijekom stvaranja kovalentne kemijske veze, posebno poravnanja kemijskih spojeva. duljine veza i vezni kutovi u molekuli.
Koncept hibridizacije uspješno je primijenjen na kvalitativni opis jednostavnih molekula, ali je kasnije proširen na one složenije. Za razliku od teorije molekularnih orbitala, ona nije strogo kvantitativna, na primjer, ne može predvidjeti fotoelektronske spektre čak ni tako jednostavnih molekula kao što je voda. Trenutno se koristi uglavnom u metodološke svrhe iu sintetskoj organskoj kemiji.
Ovaj princip se odražava u Gillespie-Nyholmovoj teoriji odbijanja elektronskih parova. Prvo i najviše važno pravilo koji je formuliran na sljedeći način:
"Elektronički parovi zauzimaju takav raspored na valentnoj ljusci atoma, u kojem su što je moguće dalje jedan od drugoga, odnosno elektronski parovi se ponašaju kao da se odbijaju."Drugo pravilo je da "smatra se da se svi elektronski parovi uključeni u valentnu elektronsku ljusku nalaze na istoj udaljenosti od jezgre".
Vrste hibridizacije
sp hibridizacija
Nastaje kod miješanja jedne s- i jedne p-orbitale. Formiraju se dvije ekvivalentne sp-atomske orbitale, smještene linearno pod kutom od 180 stupnjeva i usmjerene u različitim smjerovima od jezgre ugljikovog atoma. Dvije preostale nehibridne p-orbitale nalaze se u međusobno okomitim ravninama i sudjeluju u stvaranju π-veza, ili su zauzete usamljenim parovima elektrona.
sp 2 hibridizacija
Nastaje kod miješanja jedne s- i dvije p-orbitale. Formirane su tri hibridne orbitale s osi smještenim u istoj ravnini i usmjerene na vrhove trokuta pod kutom od 120 stupnjeva. Nehibridna p-atomska orbitala je okomita na ravninu i u pravilu sudjeluje u stvaranju π-veza
sp 3 hibridizacija
Nastaje miješanjem jedne s- i tri p-orbitale, tvoreći četiri sp3-hibridne orbitale jednakog oblika i energije. Mogu formirati četiri σ-veze s drugim atomima ili biti ispunjeni usamljenim parovima elektrona.
Osi sp3-hibridnih orbitala usmjerene su na vrhove pravilnog tetraedra. Tetraedarski kut između njih je 109°28", što odgovara najnižoj energiji odbijanja elektrona. Sp3 orbitale također mogu formirati četiri σ-veze s drugim atomima ili biti ispunjene nepodijeljenim parovima elektrona.
Hibridizacija i molekularna geometrija
Ideje o hibridizaciji atomskih orbitala temelj su Gillespie-Nyholmove teorije o odbijanju elektronskih parova. Svaka vrsta hibridizacije odgovara strogo definiranoj prostornoj orijentaciji hibridnih orbitala središnjeg atoma, što joj omogućuje da se koristi kao temelj stereokemijskih koncepata u svijetu. organska kemija.
U tablici su prikazani primjeri korespondencije između najčešćih tipova hibridizacije i geometrijske strukture molekula, uz pretpostavku da sve hibridne orbitale sudjeluju u stvaranju kemijskih veza (nema nepodijeljenih elektronskih parova).
| Vrsta hibridizacije | Broj hibridne orbitale |
Geometrija | Struktura | Primjeri |
|---|---|---|---|---|
| sp | 2 | Linearno | BeF2, CO2, NO2+ | |
| sp 2 | 3 | trokutasti |  |
BF 3, NO 3 -, CO 3 2- |
| sp 3 | 4 | tetraedarski |  |
CH4, ClO4-, SO42-, NH4+ |
| dsp2 | 4 | ravni kvadrat |  |
Ni(CO)4, XeF4 |
| sp 3 d | 5 | Heksaedarski |  |
PCl 5 , AsF 5 |
| sp 3 d 2 | 6 | Octahedral |  |
SF 6 , Fe(CN) 6 3- , CoF 6 3- |
Linkovi
Književnost
- Pauling L. Priroda kemijske veze / Per. s engleskog. M. E. Djatkina. ur. prof. Ya.K.Syrkina. - M.; L.: Goshimizdat, 1947. - 440 str.
- Pauling L. Opća kemija. Po. s engleskog. - M .: Mir, 1974. - 846 str.
- Minkin V. I., Simkin B. Ya., Minyaev R. M. Teorija strukture molekula. - Rostov na Donu: Phoenix, 1997. - S. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7
- Gillespie R. Geometrija molekula / Per. s engleskog. E. Z. Zasorina i V. S. Mastryukov, ur. Yu. A. Pentina. - M .: Mir, 1975. - 278 str.
vidi također
Bilješke
Zaklada Wikimedia. 2010. godine.
Hibridizacija atomskih orbitala i geometrija molekula
Važna karakteristika molekule koja se sastoji od više od dva atoma je njezina geometrijska konfiguracija. Definirano je međusobni dogovor atomske orbitale koje sudjeluju u stvaranju kemijskih veza.
Preklapanje elektronskih oblaka moguće je samo uz određenu međusobnu orijentaciju elektronskih oblaka; u ovom slučaju, područje preklapanja nalazi se u određenom smjeru u odnosu na atome koji međusobno djeluju.
Tablica 1. Hibridizacija orbitala i prostorna konfiguracija molekula
Pobuđeni atom berilija ima konfiguraciju 2s 1 2p 1 , pobuđeni atom bora - 2s 1 2p 2 i pobuđeni atom ugljika - 2s 1 2p 3 . Stoga možemo pretpostaviti da u stvaranju kemijskih veza ne mogu sudjelovati iste, već različite atomske orbitale. Na primjer, u takvim spojevima kao što su BeCl 2 , BeCl 3 , CCl 4 trebaju postojati veze nejednake jakosti i smjera, a σ-veze iz p-orbitala trebaju biti jače od veza iz s-orbitala, jer za p-orbitale postoje povoljniji uvjeti za preklapanje. Međutim, iskustvo pokazuje da su u molekulama koje sadrže središnje atome s različitim valentnim orbitalama (s, p, d) sve veze ekvivalentne. Objašnjenje za to dali su Slater i Pauling. Došli su do zaključka da različite orbitale, ne jako različite po energiji, tvore odgovarajući broj hibridnih orbitala. Hibridne (mješovite) orbitale nastaju iz različitih atomskih orbitala. Broj hibridnih orbitala jednak je broju atomskih orbitala uključenih u hibridizaciju. Hibridne orbitale su iste po obliku elektronskog oblaka i po energiji. U usporedbi s atomskim orbitalama, one su izduženije u smjeru nastanka kemijskih veza i stoga uzrokuju bolje preklapanje elektronskih oblaka.
Hibridizacija atomskih orbitala zahtijeva energiju, pa su hibridne orbitale u izoliranom atomu nestabilne i teže se pretvoriti u čiste AO. Kada se kemijske veze formiraju, hibridne orbitale se stabiliziraju. Zbog jačih veza koje tvore hibridne orbitale, iz sustava se oslobađa više energije i stoga sustav postaje stabilniji.
sp hibridizacija se događa, na primjer, pri stvaranju halogenida Be, Zn, Co i Hg (II). U valentno stanje svi metalni halogenidi sadrže s i p-nesparene elektrone na odgovarajućoj energetskoj razini. Kada se molekula formira, jedna s- i jedna p-orbitala formiraju dvije hibridne sp-orbitale pod kutom od 180 o.
sl.3 sp hibridne orbitale
Eksperimentalni podaci pokazuju da su svi halogenidi Be, Zn, Cd i Hg(II) linearni i da su obje veze iste duljine.
sp 2 hibridizacija
Kao rezultat hibridizacije jedne s-orbitale i dvije p-orbitale nastaju tri hibridne sp 2 orbitale, smještene u istoj ravnini pod kutom od 120° jedna prema drugoj. Ovo je, na primjer, konfiguracija molekule BF 3:
sl.4 sp 2 hibridizacija
sp 3 hibridizacija
sp 3 hibridizacija karakteristična je za ugljikove spojeve. Kao rezultat hibridizacije jedne s-orbitale i tri
p-orbitale, nastaju četiri hibridne sp 3 -orbitale, usmjerene na vrhove tetraedra s kutom između orbitala od 109,5 o. Hibridizacija se očituje u potpunoj ekvivalenciji veza ugljikovog atoma s drugim atomima u spojevima, na primjer, u CH 4, CCl 4, C (CH 3) 4 itd.
sl.5 sp 3 hibridizacija
Ako su sve hibridne orbitale povezane s istim atomima, tada se veze ne razlikuju jedna od druge. U drugim slučajevima dolazi do malih odstupanja od standardnih veznih kutova. Na primjer, u molekuli vode H 2 O kisik - sp 3 -hibrid, nalazi se u središtu nepravilnog tetraedra, u čijim vrhovima "gledaju" dva atoma vodika i dva usamljena para elektrona (slika 2). Oblik molekule je kutan, ako gledate središta atoma. Vezni kut HOH je 105°, što je prilično blizu teorijska vrijednost 109 oko.
sl.6 sp 3 hibridizacija atoma kisika i dušika u molekulama a) H 2 O i b) NCl 3.
Ako nije bilo hibridizacije ("poravnanja" O-H veze), vezni kut HOH bio bi 90° jer bi atomi vodika bili vezani na dvije međusobno okomite p orbitale. U tom bi slučaju naš svijet vjerojatno izgledao potpuno drugačije.
Teorija hibridizacije objašnjava geometriju molekule amonijaka. Kao rezultat hibridizacije 2s i tri 2p dušikove orbitale nastaju četiri sp 3 hibridne orbitale. Konfiguracija molekule je iskrivljeni tetraedar, u kojem tri hibridne orbitale sudjeluju u stvaranju kemijske veze, a četvrta s parom elektrona ne. kutovi između N-H veze nije jednako 90 o kao u piramidi, ali nije jednako 109,5 o, što odgovara tetraedru.
sl.7 sp 3 - hibridizacija u molekuli amonijaka
Kada amonijak stupa u interakciju s vodikovim ionom, kao rezultat interakcije donora i akceptora nastaje amonijev ion čija je konfiguracija tetraedar.
Hibridizacija također objašnjava razliku u kutu između O-H veze u kutnoj molekuli vode. Kao rezultat hibridizacije 2s i tri 2p kisikove orbitale nastaju četiri sp 3 hibridne orbitale, od kojih su samo dvije uključene u stvaranje kemijske veze, što dovodi do iskrivljenja kuta koji odgovara tetraedru.
sl.8 sp 3 hibridizacija u molekuli vode
Hibridizacija može uključivati ne samo s- i p-, već i d- i f-orbitale.
Kod sp 3 d 2 hibridizacije nastaje 6 ekvivalentnih oblaka. Primjećuje se u spojevima kao što su 4-, 4-. U ovom slučaju molekula ima konfiguraciju oktaedra:
Riža. 9 d 2 sp 3 -hibridizacija u ionu 4-
Ideje o hibridizaciji omogućuju razumijevanje takvih značajki strukture molekula koje se ne mogu objasniti ni na koji drugi način.
Hibridizacija atomskih orbitala (AO) dovodi do pomaka elektronskog oblaka u smjeru stvaranja veze s drugim atomima. Kao rezultat toga, područja preklapanja hibridnih orbitala ispadaju veća nego za čiste orbitale, a snaga veze se povećava.
Uputa
Razmotrimo molekulu najjednostavnijeg zasićenog ugljikovodika, metana. Izgleda ovako: CH4. Prostorni model molekule je tetraedar. Atom ugljika stvara veze s četiri atoma vodika koji su potpuno iste duljine i energije. U njima, prema gornjem primjeru, sudjeluju 3 - P elektrona i 1 S - elektron, čija je orbitala počela točno odgovarati orbitalama ostala tri elektrona kao rezultat onoga što se dogodilo. Ova vrsta hibridizacije naziva se sp^3 hibridizacija. Ono je svojstveno svemu krajnjem.
Ali najjednostavniji predstavnik nezasićenih - etilen. Njegova formula je sljedeća: C2H4. Koja je vrsta hibridizacije svojstvena ugljiku u molekuli ove tvari? Kao rezultat toga, formiraju se tri orbitale u obliku asimetričnih "osmica" koje leže u istoj ravnini pod kutom od 120 ^ 0 jedna prema drugoj. Formirani su od 1 - S i 2 - P elektrona. Zadnji 3. P - elektron nije modificirao svoju orbitalu, odnosno ostao je u obliku pravilne "osmice". Ova vrsta hibridizacije naziva se sp^2 hibridizacija.
Kako nastaju veze u molekuli? Dvije hibridizirane orbitale svakog atoma u koje ulaze dva atoma vodika. Treća hibridizirana orbitala formirala je vezu s istom orbitalom druge. Jesu li preostale R orbitale? One se međusobno "privlače" s obje strane ravnine molekule. Između atoma ugljika nastala je veza. Atomima s "dvostrukom" vezom svojstven je sp^2.
A što se događa u molekuli acetilena ili? Njegova formula je sljedeća: C2H2. U svakom atomu ugljika hibridiziraju se samo dva elektrona: 1 - S i 1 - P. Preostale dvije zadržane orbitale u obliku "pravilnih osmica" preklapaju se u ravnini molekule i s obje strane molekule. Zato se ova vrsta hibridizacije naziva sp – hibridizacija. Svojstveno je atomima s trostrukom vezom.
svi riječi, koji postoje u određenom jeziku, mogu se podijeliti u nekoliko skupina. Ovo je važno za određivanje i značenja i gramatičkih funkcija. riječi. Dodjeljujući ga određenom tip, možete ga mijenjati u skladu s pravilima, čak i ako ga prije niste vidjeli. Vrste elemenata riječi leksikologija se bavi rnogo sastava jezika.
Trebat će vam
- - tekst;
- - rječnik.
Uputa
Odaberite riječ koju želite upisati. Njegova pripadnost jednom ili drugom dijelu govora još ne igra ulogu, kao ni njegov oblik i funkcija u rečenici. To može biti apsolutno bilo koja riječ. Ako nije navedeno u zadatku, ispišite prvi koji vam se nađe. Odredite imenuje li predmet, kvalitetu, radnju ili ne. Za ovu postavku, sve riječi dijele se na značajne, zamjeničke, brojeve, službu i uzvik. Prvome tip uključuju imenice, pridjeve, glagole i . Oni označavaju nazive predmeta, svojstva i radnje. Druga vrsta riječi koje imaju funkciju imenovanja su pronominalne. Sposobnost imenovanja je odsutna u vrstama , uskličnika i usluga. To su relativno male skupine riječi, ali ih ima u svima.
Odredite možete li dana riječ izraziti koncept. Ova značajka ima riječi značajne jedinice značajne vrste, jer one čine pojmovni raspon bilo kojeg jezika. Međutim, bilo koji broj također pripada kategoriji pojmova, pa prema tome također nosi tu funkciju. Imaju ga i funkcionalne riječi, ali ne i zamjenice i uzvici.
Razmislite kakva bi riječ bila da je u rečenici. Može li biti? To može biti bilo koja riječ značajnog tipa. Ali i ova mogućnost postoji u, kao iu brojci. A evo i službenih riječi igraju pomoćnu ulogu, ne mogu biti subjekt, ni sporedni članovi rečenice, kao ni uzvici.
Radi praktičnosti, možete napraviti ploču od četiri stupca od šest redaka. U gornjem retku nazovite odgovarajuće stupce "Vrste riječi", "Ime", "Koncept" i "Mogući biti član rečenice". U prvi lijevi stupac upiši nazive vrsta riječi, ima ih ukupno pet. Odredi koje funkcije navedena riječ ima, a koje nema. U odgovarajući stupac stavite pluseve i. Ako ima pluseva u sva tri stupca, onda je ovo značajan tip. Zamjenički plusevi bit će u prvom i trećem stupcu, u drugom i trećem. Servis riječi mogu izraziti samo pojam, odnosno imaju jedan plus u drugom stupcu. Nasuprot uzvikima u sva tri stupca bit će minusi.
Povezani Videi
Hibridizacija je proces dobivanja hibrida - biljaka ili životinja nastalih križanjem različite sorte i pasmine. Riječ hibrid (hybrida) sa latinski prevodi se kao "mješavina".
Hibridizacija: prirodna i umjetna
Proces hibridizacije temelji se na kombinaciji genetskog materijala različitih stanica različitih jedinki u jednoj stanici. Postoji razlika između intraspecifičnog i udaljenog, u kojem dolazi do povezivanja različitih genoma. U prirodi se prirodna hibridizacija dogodila i nastavlja se događati bez ljudske intervencije cijelo vrijeme. Upravo su se križanjem unutar vrste mijenjale i usavršavale biljke i pojavljivale su se nove vrste i pasmine životinja. S gledišta, dolazi do hibridizacije DNA, nukleinskih kiselina, promjena na atomskim i intraatomskim razinama.
U akademskoj kemiji, hibridizacija se shvaća kao specifično međudjelovanje atomskih orbitala u molekulama tvari. Ali to nije pravi fizički proces, već samo hipotetski model, koncept.
Hibridi u biljnoj proizvodnji
Godine 1694. njemački znanstvenik R. Camerarius predložio je umjetno dobivanje. A 1717. godine engleski T. Fairchild prvi je križao različite vrste karanfila. Danas se provodi intraspecifična hibridizacija biljaka kako bi se dobile visoko prinosne ili prilagođene, na primjer, sorte otporne na mraz. Hibridizacija oblika i sorti jedna je od metoda oplemenjivanja biljaka. Tako je stvoren ogroman broj modernih sorti usjeva.
Uz udaljenu hibridizaciju, kada se križaju predstavnici različiti tipovi i postoji kombinacija različitih genoma, dobiveni hibridi u većini slučajeva ne daju potomstvo ili daju nekvalitetne križance. Zato nema smisla ostaviti sjeme hibridnih krastavaca koje je sazrelo u vrtu i svaki put kupiti njihovo sjeme u specijaliziranoj trgovini.
Selekcija u stočarstvu
U svijetu se odvija i prirodna hibridizacija, kako intraspecifična tako i udaljena. Mule su bile poznate čovjeku dvije tisuće godina prije naše ere. A trenutno se mazga i mazga koriste u kućanstvu kao relativno jeftina radna životinja. Istina, takva hibridizacija je interspecifična, stoga su hibridni mužjaci nužno rođeni sterilni. Ženke vrlo rijetko daju potomstvo.
Mula je hibrid kobile i magarca. Hibrid dobiven križanjem pastuha i magarca naziva se hinny. Mule se posebno uzgajaju. Viši su i jači od njuške.
I ovdje je križanje domaći pas s vukom je bila vrlo česta aktivnost među lovcima. Zatim su dobiveni potomci podvrgnuti daljnjoj selekciji, kao rezultat toga stvorene su nove pasmine pasa. Danas je uzgoj životinja važna komponenta uspjeha stočarske industrije. Hibridizacija se provodi ciljano, s fokusom na navedene parametre.
Kovalentna veza najčešća je u svijetu organskih tvari, karakteriziraju je zasićenost, polarizabilnost i orijentacija u prostoru.
Zasićenost kovalentne veze je da je broj zajedničkih elektronskih parova koje atom može formirati ograničen. Zbog toga kovalentni spojevi imaju strogo definiran sastav. Dakle, npr. postoje molekule H 2 , N 2 , CH 4 , ali nema molekula H 3 , N 4 , CH 5 .
Polarizabilnost kovalentne veze leži u sposobnosti molekula (i pojedinačnih veza u njima) da pod djelovanjem vanjskog električnog polja promijene svoj polaritet – da se polariziraju.
Kao rezultat polarizacije, nepolarne molekule mogu postati polarne, a polarne se mogu pretvoriti u još polarnije, sve do potpunog prekida pojedinačnih veza uz stvaranje iona:
Orijentacija kovalentne veze je posljedica činjenice da su p-, d- i f-oblaci orijentirani u prostoru na određeni način. Smjer kovalentne veze utječe na oblik molekula tvari, njihovu veličinu, međuatomske udaljenosti, valentni kut, odnosno geometriju molekula.
Potpunije razumijevanje oblika molekula organskih i anorganske tvari može se sastaviti na temelju hipoteze o hibridizaciji atomskih orbitala. Predložio ga je L. Pauling (SAD) da objasni što je ustanovljeno uz pomoć fizikalne metode proučavanje tvari činjenice ekvivalencije svih kemijskih veza i njihovog simetričnog rasporeda u odnosu na središte molekula CH 4, BF 3, BeCl 2. Formiranje σ-veza u svakom slučaju iz središnjeg atoma (C, B, Be) trebalo je uključiti elektrone smještene u različite države(s i p), pa ne mogu biti ekvivalentni. Pokazalo se da teorija ne može objasniti činjenice, pojavila se kontradikcija, koja je riješena uz pomoć nove hipoteze. Ovo je jedan od primjera koji pokazuje put razvoja ljudskog znanja o svijetu koji ga okružuje, mogućnost sve dubljeg prodiranja u bit pojava.
Upoznali ste se s hipotezom o hibridizaciji atomskih orbitala u kolegiju organske kemije na primjeru atoma ugljika. Prisjetite se ovoga ponovno.
Kada se formira molekula metana CH 4, atom ugljika prelazi iz osnovnog stanja u pobuđeno:
Vanjski elektronski sloj pobuđenog ugljikovog atoma sadrži jedan s- i tri nesparena p-elektrona, koji tvore četiri σ-veze s četiri s-elektrona atoma vodika. U tom slučaju treba očekivati da se tri C-H veze nastale zbog sparivanja tri p-elektrona atoma ugljika s tri s-elektrona tri atoma vodika (s-p σ-veza) razlikuju od četvrte ( s-s) veza u snazi, duljini, smjeru. Proučavanje gustoće elektrona u molekulama metana pokazuje da su sve veze u njegovoj molekuli ekvivalentne i usmjerene prema vrhovima tetraedra (slika 10). Prema hipotezi o hibridizaciji atomskih orbitala, četiri kovalentne veze molekule metana nastaju uz sudjelovanje ne "čistih" s- i p-oblaka ugljikovog atoma, već uz sudjelovanje tzv. hibridnih, tj. , prosječni, ekvivalentni oblaci elektrona.
Riža. 10. Model kuglice i štapića molekule metana
Prema ovom modelu, broj hibridnih atomskih orbitala jednak je broju originalnih "čistih" orbitala. Odgovarajući hibridni oblaci su geometrijski povoljniji od s- i p-oblaka, njihova gustoća elektrona je drugačije raspoređena, što omogućuje potpunije preklapanje sa s-oblacima vodikovih atoma nego što bi to imali "čisti" s- i p-oblaci.
U molekuli metana i u drugim alkanima, kao i u svim molekulama organskih spojeva, na mjestu jednostruke veze ugljikovi atomi su u stanju sp 3 hibridizacije, tj. jedan s- i tri p-atomska oblaka su podvrgnuta hibridizacija na ugljikovom atomu i četiri identične hibridne sp 3 atomske orbitale oblaka.
Kao rezultat preklapanja odgovarajuća četiri hibridna sp 3 -oblaka atoma ugljika sa s-oblacima od četiri atoma vodika, nastaje tetraedarska molekula metana s četiri identične σ-veze smještene pod kutom od 109°28" ( Slika 11).
Riža. jedanaest.
Sheme sp 3 hibridizacije oblaka valentnih elektrona (a) i stvaranja veza u molekuli metana (b)
Ova vrsta hibridizacije atoma i, posljedično, tetraedarska struktura također će karakterizirati molekule spojeva ugljikovog analoga - silicija: SiH 4 , SiCl 4 .
Tijekom stvaranja molekula vode i amonijaka dolazi i do sp 3 hibridizacije valentnih atomskih orbitala atoma kisika i dušika. Međutim, ako su kod atoma ugljika sva četiri hibridna sp 3 oblaka zauzeta zajedničkim elektronskim parovima, tada je kod atoma dušika jedan sp 3 oblak zauzet nepodijeljenim elektronskim parom, a kod atoma kisika oni već zauzimaju dva sp 3 oblaka ( Slika 12).
Riža. 12.
Oblici molekula amonijaka, vode i fluorovodika
Prisutnost nepodijeljenih elektronskih parova dovodi do smanjenja veznih kutova (tablica 8) u usporedbi s tetraedarskim parovima (109°28").
Tablica 8
Odnos između broja usamljenih elektronskih parova i veznog kuta u molekulama
sp 3 -Hibridizacija se opaža ne samo za atome u složenim tvarima, već i za atome u jednostavne tvari. Na primjer, atomi takve alotropske modifikacije ugljika kao dijamant.
U molekulama nekih spojeva bora odvija se sp 2 hibridizacija valentnih atomskih orbitala atoma bora.
Za pobuđeni atom bora, jedna s i dvije p orbitale sudjeluju u hibridizaciji, što rezultira stvaranjem tri sp 2 hibridne orbitale, osi odgovarajućih hibridnih oblaka nalaze se u ravnini pod kutom od 120° jedna prema drugoj (Sl. 13).
Riža. 13.
Sheme 8p 2 hibridizacije i rasporeda sp 2 oblaka u prostoru
Stoga molekule takvih spojeva, na primjer, BF3, imaju oblik ravnog trokuta (slika 14).
Riža. 14.
Struktura molekule BF3
U organskim spojevima, kao što znate, sp 2 hibridizacija je karakteristična za atome ugljika u molekulama alkena na mjestu dvostruke veze, što objašnjava planarnu strukturu ovih dijelova molekula, kao i molekula diena i arena. sp 2 -Hibridizacija se također opaža na ugljikovim atomima iu takvoj alotropskoj modifikaciji ugljika kao što je grafit.
U molekulama nekih spojeva berilija uočava se sp hibridizacija valentnih orbitala atoma berilija u pobuđenom stanju.
Dva hibridna oblaka orijentirana su jedan u odnosu na drugi pod kutom od 180° (slika 15), pa stoga molekula berilijevog klorida BeCl 2 ima linearni oblik.
Riža. 15.
Sheme sp-hibridizacije i rasporeda sp-oblaka u prostoru
Sličan tip hibridizacije atomskih orbitala postoji za ugljikove atome u alkinima - ugljikovodicima acetilenskog niza - na mjestu trostruke veze.
Takva hibridizacija orbitala tipična je za ugljikove atome u još jednoj od njegovih alotropskih modifikacija - karbin:
Tablica 9 prikazuje vrste geometrijskih konfiguracija molekula koje odgovaraju nekim vrstama hibridizacije orbitala središnjeg atoma A, uzimajući u obzir utjecaj broja slobodnih (nevezujućih) elektronskih parova.
Tablica 9
Geometrijske konfiguracije molekula koje odgovaraju različitim vrstama hibridizacije vanjskih elektronskih orbitala središnjeg atoma
Pitanja i zadaci uz § 7
- U molekulama vodikovih spojeva ugljika, dušika i kisika, čije su formule CH 4, NH 3 i H 2 O, valentne orbitale središnjih atoma nemetala nalaze se u stanju sp 3 hibridizacije, ali vezni kutovi između veza su različiti - 109 ° 28 "107 ° 30" i 104 ° 27" redom. Kako se to može objasniti?
- Zašto je grafit elektroprovodljiv, a dijamant nije?
- Kakav će geometrijski oblik imati molekule dvaju fluorida - bora i dušika (BF 3 odnosno NF 3)? Dajte argumentiran odgovor.
- Molekula silicijevog fluorida SiF 4 ima tetraedarsku strukturu, a molekula brom klorida BCl 3 je trokutasta u ravnini. Zašto?
