Metóda valenčných väzieb umožňuje vizuálne vysvetliť priestorové charakteristiky mnohých molekúl. Obvyklá predstava o tvaroch orbitálov však nestačí na zodpovedanie otázky prečo, ak má centrálny atóm iný - s, p, d- valenčné orbitály, ním vytvorené väzby v molekulách s rovnakými substituentmi sa ukazujú ako ekvivalentné v ich energetických a priestorových charakteristikách. V dvadsiatych rokoch 19. storočia Linus Pauling navrhol koncepciu hybridizácie elektrónových orbitálov. Hybridizácia sa chápe ako abstraktný model usporiadania atómových orbitálov v tvare a energii.

Príklady tvaru hybridných orbitálov sú uvedené v tabuľke 5.

Tabuľka 5. Hybrid sp, sp 2 , sp 3 orbitály

Koncept hybridizácie je vhodné použiť pri vysvetľovaní geometrického tvaru molekúl a veľkosti väzbových uhlov (príklady úloh 2–5).

Algoritmus na určenie geometrie molekúl metódou VS:

A. Určte centrálny atóm a počet σ-väzieb s koncovými atómami.

b. Zostavte elektronické konfigurácie všetkých atómov, ktoré tvoria molekulu a grafické obrázky vonkajších elektronických úrovní.

V. Podľa princípov metódy VS si vytvorenie každej väzby vyžaduje pár elektrónov, vo všeobecnom prípade jeden z každého atómu. Ak pre centrálny atóm nie je dostatok nepárových elektrónov, treba predpokladať, že atóm je excitovaný prechodom jedného z páru elektrónov na vyššiu energetickú hladinu.

d) Navrhnite potrebu a typ hybridizácie, berúc do úvahy všetky väzby a pre prvky prvej periódy nespárované elektróny.

e) Na základe vyššie uvedených záverov znázornite elektronické orbitály (hybridné alebo nie) všetkých atómov v molekule a ich prekrytie. Urobte záver o geometrii molekuly a približnej hodnote väzbových uhlov.

e. Určte stupeň polarity väzby na základe hodnôt elektronegativity atómov (tabuľka 6) Určte prítomnosť dipólového momentu na základe umiestnenia ťažísk kladných a záporných nábojov a/alebo symetria molekuly.

Tabuľka 6. Hodnoty elektronegativity niektorých prvkov podľa Paulinga

Príklady úloh

Cvičenie 1. Opíšte chemickú väzbu v molekule CO pomocou metódy BC.

Riešenie (obr. 25)

A. Zostavte elektronické konfigurácie všetkých atómov, ktoré tvoria molekulu.

b. Na vytvorenie väzby je potrebné vytvoriť socializované elektrónové páry

Obrázok 25. Schéma tvorby väzby v molekule CO (bez hybridizácie orbitálov)

Záver: V molekule CO je trojitá väzba C≡O

Pre molekulu CO môžeme predpokladať prítomnosť sp-hybridizácia orbitálov oboch atómov (obr. 26). Spárované elektróny, ktoré sa nezúčastňujú tvorby väzby, sú zapnuté sp hybridný orbitál.

Obrázok 26. Schéma tvorby väzby v molekule CO (s prihliadnutím na hybridizáciu orbitálov)

Úloha 2. Na základe metódy VS navrhnite priestorovú štruktúru molekuly BeH 2 a určite, či ide o dipól.

Riešenie problému je uvedené v tabuľke 7.

Tabuľka 7. Určenie geometrie molekuly BeH2

	Elektronická konfigurácia		Poznámky
A.			Centrálnym atómom je berýlium. Musí vytvoriť dve ϭ-väzby s atómami vodíka
b.	H: 1 s 1 Buď: 2 s 2		Atóm vodíka má nepárový elektrón, atóm berýlia má všetky elektróny spárované, musí sa preniesť do excitovaného stavu
V.	H: 1 s 1 Be*: 2 s 1 2p 1		Ak sa jeden atóm vodíka viaže na berýlium na úkor 2 s-elektrón berýlia a druhý - kvôli 2 p-elektrón berýlia, potom by molekula nemala symetriu, čo je energeticky neopodstatnené, a väzby Be–H by neboli ekvivalentné.
G.	H: 1 s 1 Be*: 2( sp) 2		Malo by sa predpokladať, že tam sp- hybridizácia
d.			Dva sp-hybridné orbitály sú umiestnené pod uhlom 180°, molekula BeH 2 je lineárna
e.		Elektronegativita χ H = 2,1, χ Be = 1,5, preto je väzba kovalentná polárna, hustota elektrónov je posunutá k atómu vodíka, objaví sa na nej malý záporný náboj δ–. Na atóme berýlia δ+. Keďže ťažiská kladných a záporný náboj sa zhodujú (je symetrické), molekula nie je dipól.

Podobné úvahy pomôžu opísať geometriu molekúl s sp 2 - a sp 3 hybridné orbitály (tab. 8).

Tabuľka 8. Geometria molekúl BF3 a CH4

Úloha 3. Na základe metódy VS navrhnite priestorovú štruktúru molekuly H 2 O a určite, či ide o dipól. Existujú dve možné riešenia, sú uvedené v tabuľkách 9 a 10.

Tabuľka 9. Určenie geometrie molekuly H 2 O (bez orbitálnej hybridizácie)

	Elektronická konfigurácia	Grafický obrázok orbitály vonkajšej úrovne	Poznámky
A.
b.	H: 1 s 10:2 s 2 2p 4
V.			Existuje dostatok nepárových elektrónov na vytvorenie dvoch ϭ-väzieb s atómami vodíka.
G.			hybridizáciu možno zanedbať.
d.
e.

Molekula vody teda musí mať väzbový uhol asi 90°. Uhol medzi väzbami je však približne 104°.

To sa dá vysvetliť

1) odpudzovanie tesne umiestnených atómov vodíka.

2) Hybridizácia orbitálov (tabuľka 10).

Tabuľka 10. Určenie geometrie molekuly H 2 O (s prihliadnutím na hybridizáciu orbitálov)

	Elektronická konfigurácia	Grafické znázornenie orbitálov vonkajšej úrovne	Poznámky
A.			Centrálnym atómom je kyslík. Musí vytvoriť dve ϭ-väzby s atómami vodíka.
b.	H: 1 s 10:2 s 2 2p 4		Atóm vodíka má nepárový elektrón, atóm kyslíka má dva nepárové elektróny.
V.			Atóm vodíka má nepárový elektrón, atóm kyslíka má dva nepárové elektróny.
G.			Uhol 104° naznačuje prítomnosť sp 3 - hybridizácia.
d.			Dva sp 3-hybridné orbitály sú umiestnené pod uhlom približne 109°, molekula H 2 O je tvarom blízka štvorstenu, zmenšenie väzbového uhla sa vysvetľuje vplyvom elektrónového neväzbového páru.
e.		Elektronegativita χ H = 2,1, χ O = 3,5, preto je väzba kovalentná polárna, hustota elektrónov je posunutá k atómu kyslíka, vzniká na nej malý záporný náboj 2δ– Na atóme vodíka δ+. Keďže ťažisko kladného a záporného náboja sa nezhoduje (nie je symetrické), molekula je dipól.

Podobné úvahy umožňujú vysvetliť väzbové uhly v molekule amoniaku NH 3 . Hybridizácia zahŕňajúca osamelosť elektrónové páry, sa zvyčajne predpokladajú len pre orbitály atómov prvkov obdobia II. Väzbové uhly v molekulách H 2 S = 92°, H 2 Se = 91°, H 2 Te = 89°. To isté je pozorované v sérii NH 3 , РH 3 , AsH 3 . Pri opise geometrie týchto molekúl sa tradične buď neuchýli ku konceptu hybridizácie, alebo sa zníženie tetraedrického uhla vysvetľuje rastúcim vplyvom osamelého páru.

Koncept hybridizácie

Koncept hybridizácie valenčných atómových orbitálov navrhol americký chemik Linus Pauling, aby odpovedal na otázku, prečo, ak má centrálny atóm rôzne (s, p, d) valenčné orbitály, väzby ním vytvorené v polyatómových molekulách s rovnakými ligandami sú ekvivalentné v ich energetických a priestorových charakteristikách .

Myšlienky o hybridizácii sú ústredné pre metódu valenčných väzieb. Samotná hybridizácia nie je skutočný fyzikálny proces, ale iba pohodlný model, ktorý umožňuje vysvetliť elektrónovú štruktúru molekúl, najmä hypotetické modifikácie atómových orbitálov počas tvorby kovalentnej chemickej väzby, najmä zarovnanie chemických väzbové dĺžky a väzbové uhly v molekule.

Koncept hybridizácie bol úspešne aplikovaný na kvalitatívny popis jednoduchých molekúl, no neskôr bol rozšírený aj na zložitejšie. Na rozdiel od teórie molekulových orbitálov nie je striktne kvantitatívna, napríklad nie je schopná predpovedať fotoelektrónové spektrá ani tak jednoduchých molekúl, ako je voda. V súčasnosti sa využíva najmä na metodologické účely a v syntetickej organickej chémii.

Tento princíp sa odráža v Gillespie-Nyholmovej teórii odpudzovania elektrónových párov. Prvý a väčšina dôležité pravidlo ktorý bol formulovaný takto:

"Elektrónové páry majú také usporiadanie na valenčnom obale atómu, v ktorom sú od seba čo najďalej, to znamená, že elektrónové páry sa správajú, akoby sa odpudzovali."

Druhé pravidlo je, že „všetky elektrónové páry obsiahnuté vo valenčnom elektrónovom obale sa považujú za umiestnené v rovnakej vzdialenosti od jadra“.

Typy hybridizácie

sp hybridizácia

Vyskytuje sa pri zmiešaní jedného s- a jedného p-orbitálu. Vytvoria sa dva ekvivalentné sp-atómové orbitály, umiestnené lineárne pod uhlom 180 stupňov a nasmerované rôznymi smermi od jadra atómu uhlíka. Dva zostávajúce nehybridné p-orbitály sú umiestnené vo vzájomne kolmých rovinách a podieľajú sa na tvorbe π-väzieb, alebo sú obsadené osamelými pármi elektrónov.

hybridizácia sp2

Vyskytuje sa pri zmiešaní jedného s- a dvoch p-orbitálov. Sú vytvorené tri hybridné orbitály s osami umiestnenými v rovnakej rovine a nasmerované k vrcholom trojuholníka pod uhlom 120 stupňov. Nehybridný p-atómový orbitál je kolmý na rovinu a spravidla sa podieľa na tvorbe π-väzieb

hybridizácia sp3

Vyskytuje sa pri zmiešaní jedného s- a troch p-orbitálov, čím sa vytvoria štyri sp3-hybridné orbitály rovnakého tvaru a energie. Môžu tvoriť štyri σ-väzby s inými atómami alebo byť naplnené osamelými pármi elektrónov.

Osi sp3-hybridných orbitálov smerujú k vrcholom pravidelného štvorstenu. Tetraedrický uhol medzi nimi je 109°28", čo zodpovedá najnižšej energii odpudzovania elektrónov. Orbitály Sp3 môžu vytvárať aj štyri σ-väzby s inými atómami alebo byť naplnené nezdieľanými pármi elektrónov.

Hybridizácia a molekulárna geometria

Myšlienky o hybridizácii atómových orbitálov sú základom Gillespieho-Nyholmovej teórie odpudzovania elektrónových párov. Každý typ hybridizácie zodpovedá presne definovanej priestorovej orientácii hybridných orbitálov centrálneho atómu, čo umožňuje jeho použitie ako základ stereochemických konceptov vo svete. organická chémia.

V tabuľke sú uvedené príklady zhody medzi najbežnejšími typmi hybridizácie a geometrickou štruktúrou molekúl za predpokladu, že všetky hybridné orbitály sa podieľajú na tvorbe chemických väzieb (neexistujú žiadne nezdieľané elektrónové páry).

Typ hybridizácie	číslo hybridné orbitály	Geometria	Štruktúra	Príklady
sp	2	Lineárne		BeF2, CO2, NO2+
sp 2	3	trojuholníkový		BF 3, NO 3 -, CO 3 2-
sp 3	4	štvorstenný		CH4, Cl04-, SO42-, NH4+
dsp2	4	ploché námestie		Ni(CO)4, XeF4
sp 3 d	5	Hexahedral		PCl5, AsF5
sp 3 d 2	6	Oktaedrický		SF6, Fe(CN)63-, CoF63-

Odkazy

Literatúra

• Pauling L. Povaha chemickej väzby / Per. z angličtiny. M. E. Dyatkina. Ed. Prednášal prof. Áno, K. Syrkina. - M.; L.: Goshimizdat, 1947. - 440 s.
• Pauling L. Všeobecná chémia. Za. z angličtiny. - M .: Mir, 1974. - 846 s.
• Minkin V. I., Simkin B. Ya., Minyaev R. M. Teória štruktúry molekúl. - Rostov na Done: Phoenix, 1997. - S. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7
• Gillespie R. Geometria molekúl / Per. z angličtiny. E. Z. Zasorina a V. S. Mastryukov, ed. Yu.A. Pentina. - M .: Mir, 1975. - 278 s.

pozri tiež

Poznámky

Nadácia Wikimedia. 2010.

Hybridizácia atómových orbitálov a geometria molekúl

Dôležitou charakteristikou molekuly pozostávajúcej z viac ako dvoch atómov je jej geometrická konfigurácia. Je to definované vzájomného usporiadania atómové orbitály podieľajúce sa na tvorbe chemických väzieb.

Prekrývanie elektrónových oblakov je možné len pri určitej vzájomnej orientácii elektrónových oblakov; v tomto prípade je oblasť prekrytia umiestnená v určitom smere vzhľadom na interagujúce atómy.

Tabuľka 1 Hybridizácia orbitálov a priestorová konfigurácia molekúl

Excitovaný atóm berýlia má konfiguráciu 2s 1 2p 1 , excitovaný atóm bóru - 2s 1 2p 2 a excitovaný atóm uhlíka - 2s 1 2p 3 . Preto môžeme predpokladať, že na tvorbe chemických väzieb sa môžu podieľať nie rovnaké, ale rôzne atómové orbitály. Napríklad v takých zlúčeninách ako BeCl 2, BeCl 3, CCl 4 by mali byť väzby nerovnakej sily a smeru a σ-väzby z p-orbitálov by mali byť silnejšie ako väzby z s-orbitálov, pretože pre p-orbitály sú priaznivejšie podmienky pre prekrývanie. Skúsenosti však ukazujú, že v molekulách obsahujúcich centrálne atómy s rôznymi valenčnými orbitálmi (s, p, d) sú všetky väzby ekvivalentné. Vysvetlenie pre to poskytli Slater a Pauling. Dospeli k záveru, že rôzne, energeticky nie veľmi rozdielne orbitály, tvoria zodpovedajúci počet hybridných orbitálov. Hybridné (zmiešané) orbitaly vznikajú z rôznych atómových orbitálov. Počet hybridných orbitálov sa rovná počtu atómových orbitálov zapojených do hybridizácie. Hybridné orbitály sú rovnaké v tvare elektrónového oblaku a v energii. V porovnaní s atómovými orbitálmi sú predĺženejšie v smere vzniku chemických väzieb a preto spôsobujú lepšie prekrývanie elektrónových oblakov.

Hybridizácia atómových orbitálov vyžaduje energiu, takže hybridné orbitály v izolovanom atóme sú nestabilné a majú tendenciu premeniť sa na čisté AO. Keď sa vytvoria chemické väzby, hybridné orbitály sa stabilizujú. Vďaka silnejším väzbám tvoreným hybridnými orbitálmi sa zo systému uvoľňuje viac energie, a preto sa systém stáva stabilnejším.

sp hybridizácia sa vyskytuje napríklad pri tvorbe halogenidov Be, Zn, Co a Hg (II). IN valenčný stav všetky halogenidy kovov obsahujú s a p-nepárové elektróny na zodpovedajúcej energetickej úrovni. Keď sa vytvorí molekula, jeden s- a jeden p-orbitál tvoria dva hybridné sp-orbitály pod uhlom 180 o.

Obr.3 sp hybridné orbitály

Experimentálne údaje ukazujú, že všetky halogenidy Be, Zn, Cd a Hg(II) sú lineárne a obe väzby majú rovnakú dĺžku.

hybridizácia sp2

V dôsledku hybridizácie jedného s-orbitálu a dvoch p-orbitálov sa vytvoria tri hybridné sp 2 orbitály umiestnené v rovnakej rovine pod uhlom 120° voči sebe. Toto je napríklad konfigurácia molekuly BF3:

Obr.4 hybridizácia sp2

hybridizácia sp3

hybridizácia sp 3 je charakteristická pre zlúčeniny uhlíka. V dôsledku hybridizácie jedného s-orbitálu a troch

p-orbitály vznikajú štyri hybridné sp 3 -orbitály smerované do vrcholov štvorstenu s uhlom medzi orbitálmi 109,5 o. Hybridizácia sa prejavuje v úplnej ekvivalencii väzieb atómu uhlíka s inými atómami v zlúčeninách, napríklad v CH 4, CCl 4, C (CH 3) 4 atď.

Obr.5 hybridizácia sp3

Ak sú všetky hybridné orbitály viazané na rovnaké atómy, potom sa väzby navzájom nelíšia. V iných prípadoch sa vyskytujú malé odchýlky od štandardných uhlov väzby. Napríklad v molekule vody H 2 O sa kyslík - sp 3 -hybrid nachádza v strede nepravidelného štvorstenu, na vrcholy ktorého "pozerajú" dva atómy vodíka a dva osamelé páry elektrónov (obr. 2). Tvar molekuly je uhlový, ak sa pozriete na stredy atómov. Väzbový uhol HOH je 105°, čo je celkom blízko teoretická hodnota 109 asi.

Obr.6 sp 3 hybridizácia atómov kyslíka a dusíka v molekulách a) H 2 O a b) NCl 3.

Ak nedošlo k hybridizácii („zarovnanie“ O-H väzby), uhol väzby HOH by bol 90°, pretože atómy vodíka by boli pripojené k dvom navzájom kolmým orbitálom p. V tomto prípade by asi náš svet vyzeral úplne inak.

Teória hybridizácie vysvetľuje geometriu molekuly amoniaku. Výsledkom hybridizácie 2s a troch 2p dusíkových orbitálov sú štyri hybridné orbitály sp 3. Konfigurácia molekuly je skreslený štvorsten, v ktorom sa na tvorbe chemickej väzby podieľajú tri hybridné orbitály a štvrtý s párom elektrónov nie. uhly medzi NH väzby nerovná sa 90 o ako v pyramíde, ale nerovná sa 109,5 o, čo zodpovedá štvorstenu.

Obr.7 sp 3 - hybridizácia v molekule amoniaku

Pri interakcii amoniaku s vodíkovým iónom vzniká ako výsledok interakcie donor-akceptor amónny ión, ktorého konfigurácia je štvorsten.

Hybridizácia tiež vysvetľuje rozdiel medzi uhlom O-H väzby v rohovej molekule vody. V dôsledku hybridizácie 2s a troch 2p kyslíkových orbitálov vznikajú štyri hybridné orbitály sp 3, z ktorých len dva sa podieľajú na tvorbe chemickej väzby, čo vedie k skresleniu uhla zodpovedajúceho štvorstenu.

Obr.8 sp 3 hybridizácia v molekule vody

Hybridizácia môže zahŕňať nielen s- a p-, ale aj d- a f-orbitály.

Pri hybridizácii sp 3 d 2 sa vytvorí 6 ekvivalentných oblakov. Pozoruje sa v zlúčeninách ako 4-, 4-. V tomto prípade má molekula konfiguráciu oktaédra:

Ryža. 9 d 2 sp 3 -hybridizácia v ióne 4-

Predstavy o hybridizácii umožňujú pochopiť také znaky štruktúry molekúl, ktoré sa nedajú vysvetliť iným spôsobom.

Hybridizácia atómových orbitálov (AO) vedie k posunu elektrónového oblaku v smere tvorby väzby s inými atómami. Výsledkom je, že prekrývajúce sa oblasti hybridných orbitálov sú väčšie ako v prípade čistých orbitálov a zvyšuje sa pevnosť väzby.

Inštrukcia

Uvažujme o molekule najjednoduchšieho nasýteného uhľovodíka, metánu. Vyzerá to takto: CH4. Priestorovým modelom molekuly je štvorsten. Atóm uhlíka vytvára väzby so štyrmi atómami vodíka, ktoré majú presne rovnakú dĺžku a energiu. V nich sa podľa vyššie uvedeného príkladu zúčastňujú 3 - P elektróny a 1 S - elektrón, ktorého orbitál začal presne zodpovedať orbitálom ostatných troch elektrónov v dôsledku toho, čo sa stalo. Tento typ hybridizácie sa nazýva hybridizácia sp^3. Je neoddeliteľnou súčasťou všetkého konečného.

Ale najjednoduchší zástupca nenasýtených - etylén. Jeho vzorec je nasledujúci: C2H4. Aký typ hybridizácie je vlastný uhlíku v molekule tejto látky? V dôsledku toho sa vytvoria tri orbitály vo forme asymetrických "osmičiek" ležiacich v rovnakej rovine pod uhlom 120 ^ 0 navzájom. Boli tvorené 1 - S a 2 - P elektrónmi. Posledný 3. P - elektrón svoj orbitál neupravil, to znamená, že zostal vo forme pravidelnej "osmičky". Tento typ hybridizácie sa nazýva hybridizácia sp^2.

Ako vznikajú väzby v molekule? Dva hybridizované orbitály každého atómu vstúpili do dvoch atómov vodíka. Tretí hybridizovaný orbitál vytvoril väzbu s rovnakým orbitálom iného. Sú zvyšné R orbitály? Sú k sebe „priťahované“ na oboch stranách roviny molekuly. Medzi atómami uhlíka sa vytvorila väzba. Sú to atómy s „dvojitou“ väzbou, ktoré sp^2 tvoria.

A čo sa deje v molekule acetylénu alebo? Jeho vzorec je nasledujúci: C2H2. V každom atóme uhlíka prechádzajú hybridizáciou iba dva elektróny: 1 - S a 1 - P. Zvyšné dva si ponechali orbitály vo forme „pravidelných osmičiek“ prekrývajúcich sa v rovine molekuly a na jej oboch stranách. Preto sa tento typ hybridizácie nazýva sp – hybridizácia. Je súčasťou atómov s trojitou väzbou.

Všetky slová, existujúce v určitom jazyku, možno rozdeliť do niekoľkých skupín. To je dôležité pri určovaní významu aj gramatických funkcií. slová. Priradenie ku konkrétnemu typu, môžete si ho upraviť podľa pravidiel, aj keď ste ho ešte nevideli. Typy prvkov slová lexikológia sa zaoberá rnogo skladbou jazyka.

Budete potrebovať

• - text;
• - slovník.

Inštrukcia

Vyberte slovo, ktoré chcete napísať. Jeho príslušnosť k jednému alebo druhému slovnému druhu ešte nehrá rolu, rovnako ako forma a funkcia vo vete. Môže to byť úplne akékoľvek slovo. Ak to nie je uvedené v úlohe, napíšte prvú, ktorá sa objaví. Určte, či pomenúva objekt, kvalitu, akciu alebo nie. Pre toto nastavenie všetky slová sa delia na významné, zájmenné, číslovky, služobné a citoslovce. K prvému typu zahŕňajú podstatné mená, prídavné mená, slovesá a . Označujú názvy predmetov, vlastností a činov. Druhým typom slov, ktoré majú pomenovaciu funkciu, sú pronominálne. Schopnosť pomenovať chýba v typoch , citoslovcia a služby. Sú to relatívne malé skupiny slov, ale sú v každom.

Zistite, či môžete dané slovo vyjadriť pojem. Táto funkcia má slová významné jednotky významného typu, pretože tvoria pojmový okruh akéhokoľvek jazyka. Akékoľvek číslo však patrí aj do kategórie pojmov, a teda nesie aj túto funkciu. Majú ho aj funkčné slová, ale zámená a citoslovcia nie.

Zvážte, aké by to bolo slovo, keby bolo vo vete. Môže byť? Môže to byť akékoľvek slovo významného typu. Ale táto možnosť je aj in, ako aj v číslovke. A tu sú úradníci slová zohrávajú pomocnú úlohu, nemôžu byť podmetom, ani vedľajšími členmi vety, ako aj citoslovcami.

Pre pohodlie si môžete vytvoriť dosku zo štyroch stĺpcov so šiestimi riadkami. V hornom riadku pomenujte príslušné stĺpce „Typy slov“, „Názov“, „Koncept“ a „Schopný byť členom vety“. Do prvého ľavého stĺpca si zapíšte názvy druhov slov, celkovo ich je päť. Určte, ktoré funkcie dané slovo má a ktoré nie. Do príslušného stĺpca uveďte plusy a. Ak sú vo všetkých troch stĺpcoch plusy, potom ide o významný typ. Pronominálne plusy budú v prvom a treťom stĺpci, v druhom a treťom stĺpci. servis slová môžu vyjadrovať iba pojem, to znamená, že v druhom stĺpci majú jedno plus. Protiľahlé citoslovcia vo všetkých troch stĺpcoch budú mínusky.

Podobné videá

Hybridizácia je proces získavania hybridov - rastlín alebo zvierat pochádzajúcich z kríženia rôzne odrody a plemená. Slovo hybrid (hybrida) s latinčina sa prekladá ako „mix“.

Hybridizácia: prirodzená a umelá

Proces hybridizácie je založený na kombinácii genetického materiálu rôznych buniek od rôznych jedincov v jednej bunke. Je rozdiel medzi vnútrodruhovým a vzdialeným, pri ktorom dochádza k spojeniu rôznych genómov. V prírode prebiehala a stále prebieha prirodzená hybridizácia bez ľudského zásahu. Práve krížením v rámci druhu sa rastliny menili a zlepšovali a objavovali sa nové odrody a plemená zvierat. Z hľadiska dochádza k hybridizácii DNA, nukleových kyselín, zmenám na atómovej a vnútroatómovej úrovni.

V akademickej chémii sa hybridizácia chápe ako špecifická interakcia atómových orbitálov v molekulách látky. Ale toto nie je skutočný fyzikálny proces, ale iba hypotetický model, koncept.

Hybridy v rastlinnej výrobe

V roku 1694 nemecký vedec R. Camerarius navrhol umelo získať. A v roku 1717 Angličan T. Fairchild prvýkrát skrížil rôzne druhy karafiátov. Dnes sa vykonáva vnútrodruhová hybridizácia rastlín s cieľom získať vysoko výnosné alebo prispôsobené, napríklad mrazuvzdorné odrody. Hybridizácia foriem a odrôd je jednou z metód šľachtenia rastlín. Vzniklo tak obrovské množstvo moderných odrôd plodín.

So vzdialenou hybridizáciou, keď sú zástupcovia krížení odlišné typy a dochádza ku kombinácii rôznych genómov, výsledné hybridy vo väčšine prípadov nedávajú potomkov alebo produkujú nekvalitné krížence. Preto nemá zmysel nechávať semená hybridných uhoriek, ktoré dozreli v záhrade, a zakaždým ich kupovať v špecializovanom obchode.

Selekcia v chove zvierat

Vo svete prebieha aj prirodzená hybridizácia, vnútrodruhová aj vzdialená. Muly boli človeku známe už dvetisíc rokov pred naším letopočtom. A v súčasnosti sa mulica a hinny používajú v domácnosti ako relatívne lacné pracovné zviera. Je pravda, že takáto hybridizácia je interšpecifická, preto sa hybridné samce nevyhnutne rodia sterilné. Samice veľmi zriedka dávajú potomstvo.

Mulica je kríženec kobyly a osla. Hybrid získaný krížením žrebca a osla sa nazýva hinny. Muly sú špeciálne chované. Sú vyššie a silnejšie ako hinny.

A tu je prechod domáci pes s vlkom bola medzi poľovníkmi veľmi rozšírená činnosť. Potom boli výslední potomkovia podrobení ďalšej selekcii, v dôsledku čoho sa vytvorili nové plemená psov. Dnes je chov zvierat dôležitou súčasťou úspechu živočíšnej výroby. Hybridizácia sa vykonáva cielene, so zameraním na stanovené parametre.

Kovalentná väzba je najrozšírenejšia vo svete organických látok, vyznačuje sa sýtosťou, polarizovateľnosťou a orientáciou v priestore.

Nasýtenie kovalentnej väzby spočíva v tom, že počet spoločných elektrónových párov, ktoré môže atóm vytvoriť, je obmedzený. Vďaka tomu majú kovalentné zlúčeniny presne definované zloženie. Preto sú tam napríklad molekuly H 2, N 2, CH 4, ale nie sú tam molekuly H 3, N 4, CH 5 .

Polarizovateľnosť kovalentnej väzby spočíva v schopnosti molekúl (a jednotlivých väzieb v nich) meniť svoju polaritu pôsobením vonkajšieho elektrického poľa – byť polarizované.

V dôsledku polarizácie sa nepolárne molekuly môžu stať polárnymi a polárne molekuly sa môžu zmeniť na ešte polárnejšie, až po úplné rozbitie jednotlivých väzieb s tvorbou iónov:

Orientácia kovalentnej väzby je spôsobená tým, že p-, d- a f-oblaky sú v priestore orientované určitým spôsobom. Smer kovalentnej väzby ovplyvňuje tvar molekúl látok, ich veľkosti, medziatómové vzdialenosti, valenčný uhol, teda geometriu molekúl.

Úplnejšie pochopenie tvaru molekúl organických a anorganické látky možno zostaviť na základe hypotézy hybridizácie atómových orbitálov. Navrhol L. Pauling (USA) vysvetliť, čo bolo založené pomocou fyzikálne metódyštúdium látok faktu ekvivalencie všetkých chemických väzieb a ich symetrického usporiadania voči stredu molekúl CH 4, BF 3, BeCl 2. Tvorba σ-väzieb v každom prípade z centrálneho atómu (C, B, Be) by mala zahŕňať elektróny umiestnené v rôznych štátov(s a p), takže nemohli byť ekvivalentné. Ukázalo sa, že teória nedokáže vysvetliť fakty, vznikol rozpor, ktorý sa vyriešil pomocou novej hypotézy. Toto je jeden z príkladov ukazujúcich spôsob rozvoja ľudského poznania okolitého sveta, možnosť stále hlbšieho prenikania do podstaty javov.

S hypotézou hybridizácie atómových orbitálov ste sa zoznámili na organickej chémii na príklade atómu uhlíka. Pripomeň si to znova.

Keď sa vytvorí molekula metánu CH4, atóm uhlíka prechádza zo základného stavu do excitovaného:

Vonkajšia elektrónová vrstva excitovaného atómu uhlíka obsahuje jeden s- a tri nepárové p-elektróny, ktoré tvoria štyri σ-väzby so štyrmi s-elektrónmi atómov vodíka. V tomto prípade by sa malo očakávať, že tri väzby C-H vytvorené v dôsledku párovania troch p-elektrónov atómu uhlíka s tromi s-elektrónmi troch atómov vodíka (s-p σ-väzba) by sa mali líšiť od štvrtej ( s-s) väzba v sile, dĺžke, smere. Štúdium hustoty elektrónov v molekulách metánu ukazuje, že všetky väzby v jeho molekule sú ekvivalentné a smerujú k vrcholom štvorstenu (obr. 10). Podľa hypotézy hybridizácie atómových orbitálov vznikajú štyri kovalentné väzby molekuly metánu za účasti nie „čistých“ s- a p-oblakov atómu uhlíka, ale za účasti takzvaného hybridného, ​​t.j. , spriemerované, ekvivalentné elektrónové oblaky.

Ryža. 10. Guľôčkový model molekuly metánu

Podľa tohto modelu sa počet hybridných atómových orbitálov rovná počtu pôvodných „čistých“ orbitálov. Zodpovedajúce hybridné oblaky sú geometricky výhodnejšie ako s- a p-oblaky, ich elektrónová hustota je rozložená inak, čo poskytuje úplnejšie prekrytie so s-oblakmi atómov vodíka, ako by mali „čisté“ s- a p-oblaky.

V molekule metánu a v iných alkánoch, ako aj vo všetkých molekulách organických zlúčenín sú v mieste jednoduchej väzby atómy uhlíka v stave hybridizácie sp 3, t.j. jeden s- a tri p-atómové oblaky prešli hybridizácia na atóme uhlíka a štyri vytvorili identické hybridné sp 3 atómové orbitály oblaku.

V dôsledku prekrytia zodpovedajúcich štyroch hybridných sp 3 -oblakov atómu uhlíka s s-oblakami štyroch atómov vodíka sa vytvorí tetraedrická molekula metánu so štyrmi rovnakými σ-väzbami umiestnenými pod uhlom 109°28" ( Obr. 11).

Ryža. jedenásť.
Schémy sp 3 hybridizácie valenčných elektrónových oblakov (a) a tvorby väzieb v molekule metánu (b)

Tento typ hybridizácie atómov a následne aj tetraedrickej štruktúry bude charakterizovať aj molekuly zlúčenín uhlíkového analógu - kremíka: SiH 4 , SiCl 4 .

Pri tvorbe molekúl vody a amoniaku dochádza aj k sp 3 hybridizácii valenčných atómových orbitálov atómov kyslíka a dusíka. Ak sú však na atóme uhlíka všetky štyri hybridné oblaky sp 3 obsadené spoločnými elektrónovými pármi, potom na atóme dusíka je jeden oblak sp 3 obsadený nezdieľaným elektrónovým párom a na atóme kyslíka už zaberajú dva oblaky sp 3 ( Obr. 12).

Ryža. 12.
Tvary molekúl amoniaku, vody a fluorovodíka

Prítomnosť nezdieľaných elektrónových párov vedie k zníženiu väzbových uhlov (tabuľka 8) v porovnaní s tetraedrickými pármi (109°28“).

Tabuľka 8
Vzťah medzi počtom osamelých elektrónových párov a väzbovým uhlom v molekulách

sp 3 -Hybridizácia sa pozoruje nielen pre atómy v komplexných látkach, ale aj pre atómy v jednoduché látky. Napríklad atómy takej alotropickej modifikácie uhlíka, ako je diamant.

V molekulách niektorých zlúčenín bóru prebieha sp 2 hybridizácia valenčných atómových orbitálov atómu bóru.

Pre excitovaný atóm bóru sa hybridizácie zúčastňuje jeden orbitál s a dva orbitály p, čo vedie k vytvoreniu troch hybridných orbitálov sp 2, pričom osi zodpovedajúcich hybridných oblakov sú umiestnené v rovine pod uhlom 120° voči sebe (obr. 13).

Ryža. 13.
Schémy hybridizácie 8p 2 a usporiadanie oblakov sp 2 vo vesmíre

Preto molekuly takýchto zlúčenín, napríklad BF3, majú tvar plochého trojuholníka (obr. 14).

Ryža. 14.
Štruktúra molekuly BF3

V organických zlúčeninách, ako viete, je hybridizácia sp2 charakteristická pre atómy uhlíka v molekulách alkénov v mieste dvojitej väzby, čo vysvetľuje rovinnú štruktúru týchto častí molekúl, ako aj molekúl diénu a arénu. sp2-Hybridizácia sa pozoruje aj na atómoch uhlíka a v takej alotropickej modifikácii uhlíka, ako je grafit.

V molekulách niektorých zlúčenín berýlia sa pozoruje sp hybridizácia valenčných orbitálov atómu berýlia v excitovanom stave.

Dva hybridné oblaky sú voči sebe orientované pod uhlom 180° (obr. 15), a preto má molekula chloridu berýlnatého BeCl 2 lineárny tvar.

Ryža. 15.
Schémy sp-hybridizácie a usporiadanie sp-oblakov v priestore

Podobný typ hybridizácie atómových orbitálov existuje pre atómy uhlíka v alkínoch – uhľovodíkov acetylénovej série – v mieste trojitej väzby.

Takáto hybridizácia orbitálov je typická pre atómy uhlíka v jednej z jeho alotropných modifikácií - karabíne:

V tabuľke 9 sú uvedené typy geometrických konfigurácií molekúl zodpovedajúcich niektorým typom hybridizácie orbitálov centrálneho atómu A s prihliadnutím na vplyv počtu voľných (neväzbových) elektrónových párov.

Tabuľka 9
Geometrické konfigurácie molekúl zodpovedajúce rôznym typom hybridizácie vonkajších elektrónových orbitálov centrálneho atómu

Otázky a úlohy k § 7

1. V molekulách vodíkových zlúčenín uhlíka, dusíka a kyslíka, ktorých vzorce sú CH 4, NH 3 a H 2 O, sú valenčné orbitály centrálnych atómov nekovov v stave hybridizácie sp 3, väzbové uhly medzi väzbami sú rôzne - 109° 28 "107° 30" a 104°27" Ako to možno vysvetliť?
2. Prečo je grafit elektricky vodivý a diamant nie?
3. Aký geometrický tvar budú mať molekuly dvoch fluoridov - bóru a dusíka (BF 3 a NF 3 v tomto poradí)? Uveďte odôvodnenú odpoveď.
4. Molekula fluoridu kremičitého SiF 4 má tetraedrickú štruktúru a molekula chloridu brómu BCl 3 je v rovine trojuholníková. prečo?