Metoda valenčne vezi omogoča jasno razlago prostorskih značilnosti številnih molekul. Vendar pa običajna predstava o oblikah orbital ni dovolj za odgovor na vprašanje, zakaj, če ima centralni atom različne - s, str, d– valenčne orbitale, vezi, ki jih tvorijo v molekulah z enakimi substituenti, se izkažejo za enakovredne po svojih energijskih in prostorskih značilnostih. V dvajsetih letih 19. stoletja je Linus Pauling predlagal koncept hibridizacije elektronskih orbital. Hibridizacija je abstrakten model poravnave atomskih orbital po obliki in energiji.

Primeri hibridnih orbitalnih oblik so predstavljeni v tabeli 5.

Tabela 5. Hibrid sp, sp 2 , sp 3 orbitale

Koncept hibridizacije je primeren za uporabo pri razlagi geometrijske oblike molekul in velikosti veznih kotov (primeri nalog 2–5).

Algoritem za določanje geometrije molekul z metodo BC:

A. Določite centralni atom in število σ-vezi s končnimi atomi.

b. Narišite elektronske konfiguracije vseh atomov, ki sestavljajo molekulo, in grafične podobe zunanjih elektronskih ravni.

V. V skladu z načeli metode BC je za tvorbo vsake vezi potreben par elektronov, v splošnem primeru eden iz vsakega atoma. Če za centralni atom ni dovolj neparnih elektronov, je treba domnevati vzbujanje atoma s prehodom enega od parov elektronov na višjo energijsko raven.

d) Predpostavite potrebo in vrsto hibridizacije ob upoštevanju vseh vezi in za elemente prve periode neparnih elektronov.

e. Na podlagi zgornjih zaključkov narišite elektronske orbitale (hibridne ali ne) vseh atomov v molekuli in njihovo prekrivanje. Sklepajte o geometriji molekule in približni vrednosti veznih kotov.

f. Določite stopnjo polarnosti vezi na podlagi vrednosti elektronegativnosti atomov (tabela 6) Določite prisotnost dipolnega momenta na podlagi lokacije težišč pozitivnih in negativnih nabojev in/ali simetrije atomov. molekula.

Tabela 6. Vrednosti elektronegativnosti nekaterih elementov po Paulingu

Primeri nalog

1. vaja. Opišite kemijsko vez v molekuli CO z metodo BC.

Rešitev (slika 25)

A. Sestavite elektronske konfiguracije vseh atomov, ki sestavljajo molekulo.

b. Za tvorbo vezi je potrebno ustvariti socializirane elektronske pare

Slika 25. Shema nastajanja vezi v molekuli CO (brez orbitalne hibridizacije)

Sklep: V molekuli CO je trojna vez C≡O

Za molekulo CO lahko domnevamo prisotnost sp-hibridizacija orbital obeh atomov (slika 26). Parni elektroni, ki niso vključeni v tvorbo vezi, se nahajajo na sp-hibridna orbitala.

Slika 26. Shema tvorbe vezi v molekuli CO (ob upoštevanju hibridizacije orbital)

Naloga 2. Na podlagi metode BC predpostavi prostorsko strukturo molekule BeH 2 in ugotovi, ali je molekula dipol.

Rešitev problema je predstavljena v tabeli 7.

Tabela 7. Določanje geometrije molekule BeH 2

	Elektronska konfiguracija		Opombe
A.			Centralni atom je berilij. Tvoriti mora dve ϭ-vezi z vodikovimi atomi
b.	H: 1 s 1 Bodi: 2 s 2		Vodikov atom ima nesparjen elektron, berilijev atom ima vse svoje elektrone sparjene, prenesti ga je treba v vzbujeno stanje
V.	H: 1 s 1 Bodi*: 2 s 1 2str 1		Če je en atom vodika vezan na berilij zaradi 2 s-elektron berilija, drugi pa zaradi 2 str-elektrona berilija, potem molekula ne bi imela simetrije, kar energijsko ni upravičeno, vezi Be–H pa ne bi bile enakovredne.
G.	H: 1 s 1 Be*: 2( sp) 2		Treba je domnevati, da obstaja sp-hibridizacija
d.			Dva sp-hibridne orbitale se nahajajo pod kotom 180°, molekula BeH 2 je linearna
e.		Elektronegativnost χ H = 2,1, χ Be = 1,5, zato je vez kovalentna polarna, elektronska gostota je premaknjena na atom vodika, na njem se pojavi majhen negativni naboj δ–. Na atomu berilija δ+. Ker so težišča pozitivnih in negativni naboj sovpada (je simetrična), molekula ni dipol.

Podobno razmišljanje bo pomagalo opisati geometrijo molekul z sp 2 - in sp 3-hibridne orbitale (tabela 8).

Tabela 8. Geometrija molekul BF 3 in CH 4

Naloga 3. Na podlagi metode BC predpostavimo prostorsko zgradbo molekule H 2 O in ugotovimo, ali je molekula dipol. Možni sta dve rešitvi, ki sta predstavljeni v tabelah 9 in 10.

Tabela 9. Določanje geometrije molekule H 2 O (brez orbitalne hibridizacije)

	Elektronska konfiguracija	Grafična podoba orbitale zunanje ravni	Opombe
A.
b.	H: 1 s 1 O: 2 s 2 2str 4
V.			Obstaja dovolj nesparjenih elektronov, da tvorita dve ϭ vezi z vodikovimi atomi.
G.			Hibridizacijo lahko zanemarimo
d.
e.

Tako bi morala imeti molekula vode vezni kot približno 90°. Vendar pa je kot med vezmi približno 104°.

To je mogoče razložiti

1) odbijanje vodikovih atomov, ki se nahajajo blizu drug drugega.

2) Hibridizacija orbital (tabela 10).

Tabela 10. Določitev geometrije molekule H 2 O (ob upoštevanju hibridizacije orbital)

	Elektronska konfiguracija	Grafični prikaz orbital zunanje ravni	Opombe
A.			Osrednji atom je kisik. Tvoriti mora dve ϭ vezi z vodikovimi atomi.
b.	H: 1 s 1 O: 2 s 2 2str 4		Vodikov atom ima nesparjen elektron, kisikov atom pa dva nesparjena elektrona.
V.			Vodikov atom ima nesparjen elektron, kisikov atom pa dva nesparjena elektrona.
G.			Kot 104° nakazuje prisotnost sp 3-hibridizacija.
d.			Dva sp 3-hibridne orbitale se nahajajo pod kotom približno 109 °, molekula H 2 O je po obliki blizu tetraedra, zmanjšanje veznega kota je razloženo z vplivom neveznega para elektronov.
e.		Elektronegativnost χ Н = 2,1, χ О = 3,5, zato je vez kovalentna polarna, gostota elektronov je premaknjena na atom kisika, na njem se pojavi majhen negativni naboj 2δ– Na atomu vodika δ+. Ker težišči pozitivnega in negativnega naboja ne sovpadata (ni simetrično), je molekula dipol.

Podobno sklepanje omogoča razlago veznih kotov v molekuli amoniaka NH 3 . Hibridizacija, ki vključuje nerazdeljeno elektronskih parov, se običajno predpostavlja le za orbitale atomov elementov obdobja II. Vezni koti v molekulah H 2 S = 92°, H 2 Se = 91°, H 2 Te = 89°. Enako opazimo v seriji NH 3, РH 3, AsH 3. Pri opisovanju geometrije teh molekul se tradicionalno bodisi ne zatekajo k konceptu hibridizacije bodisi zmanjšanje tetraedričnega kota pojasnjujejo z naraščajočim vplivom osamljenega para.

Koncept hibridizacije

Koncept hibridizacije valenčnih atomskih orbital je predlagal ameriški kemik Linus Pauling, da bi odgovoril na vprašanje, zakaj se vezi, ki jih tvori v večatomskih molekulah z enakimi ligandi, izkažejo za enakovredne po svoji energiji in prostorske značilnosti.

Koncepti hibridizacije so osrednjega pomena za metodo valenčne vezi. Hibridizacija sama po sebi ni pravi fizikalni proces, temveč le priročen model, ki omogoča razlago elektronske strukture molekul, zlasti hipotetičnih sprememb atomskih orbital med tvorbo kovalentne kemične vezi, zlasti poravnave dolžin. kemijskih vezi in veznih kotov v molekuli.

Koncept hibridizacije je bil uspešno uporabljen pri kvalitativnem opisu enostavnih molekul, kasneje pa je bil razširjen na kompleksnejše. Za razliko od teorije molekularnih orbital ni strogo kvantitativna; na primer ne more napovedati fotoelektronskega spektra niti tako preprostih molekul, kot je voda. Trenutno se uporablja predvsem za metodološke namene in v sintetični organski kemiji.

To načelo se odraža v Gillespie-Nyholmovi teoriji odbijanja elektronskih parov. Prvi in ​​najbolj pomembno pravilo ki je bil formuliran takole:

"Elektronski pari sprejmejo razporeditev na valenčni lupini atoma, v kateri so čim bolj oddaljeni drug od drugega, kar pomeni, da se elektronski pari obnašajo, kot da bi se medsebojno odbijali."

Drugo pravilo je, da "Za vse elektronske pare, vključene v valenčno elektronsko lupino, velja, da se nahajajo na enaki razdalji od jedra".

Vrste hibridizacije

sp hibridizacija

Pojavi se pri mešanju ene s- in ene p-orbitale. Oblikujeta se dve enakovredni sp-atomski orbitali, ki se nahajata linearno pod kotom 180 stopinj in sta usmerjeni v različnih smereh od jedra ogljikovega atoma. Dve preostali nehibridni p-orbitali se nahajata v medsebojno pravokotnih ravninah in sodelujeta pri tvorbi π vezi ali zasedata osamljene pare elektronov.

sp 2 hibridizacija

Pojavi se pri mešanju ene s- in dveh p-orbital. Tri hibridne orbitale so oblikovane z osmi, ki se nahajajo v isti ravnini in so usmerjene na vrhove trikotnika pod kotom 120 stopinj. Nehibridna p-atomska orbitala je pravokotna na ravnino in praviloma sodeluje pri tvorbi π vezi

sp 3 hibridizacija

Pojavi se, ko se ena s- in tri p-orbitale pomešajo in tvorijo štiri sp3-hibridne orbitale enake oblike in energije. Lahko tvorijo štiri σ vezi z drugimi atomi ali pa so napolnjeni z osamljenimi pari elektronov.

Osi sp3-hibridnih orbital so usmerjene proti ogliščem pravilnega tetraedra. Tetraedrski kot med njima je 109°28", kar ustreza najnižji energiji odboja elektronov. Prav tako lahko sp3 orbitale tvorijo štiri σ vezi z drugimi atomi ali pa so napolnjene z osamljenimi pari elektronov.

Hibridizacija in molekularna geometrija

Koncept hibridizacije atomskih orbital je osnova Gillespie-Nyholmove teorije o odbijanju elektronskih parov. Vsaka vrsta hibridizacije ustreza strogo določeni prostorski orientaciji hibridnih orbital centralnega atoma, kar omogoča, da se uporablja kot osnova za stereokemične koncepte v organska kemija.

Tabela prikazuje primere ujemanja med najpogostejšimi vrstami hibridizacije in geometrijsko strukturo molekul ob predpostavki, da so vse hibridne orbitale vključene v tvorbo kemičnih vezi (ni osamljenih elektronskih parov).

Vrsta hibridizacije	številka hibridne orbitale	Geometrija	Struktura	Primeri
sp	2	Linearno		BeF 2 , CO 2 , NO 2 +
sp 2	3	Trikotna		BF 3, NO 3 -, CO 3 2-
sp 3	4	Tetraedrski		CH 4, ClO 4 -, SO 4 2-, NH 4 +
dsp 2	4	Ravni kvadrat		Ni(CO)4, XeF4
sp 3 d	5	Heksaedričen		PCl5, AsF5
sp 3 d 2	6	Octahedral		SF 6, Fe(CN) 6 3-, CoF 6 3-

Povezave

Literatura

• Pauling L. Narava kemijske vezi / Prev. iz angleščine M. E. Djatkina. Ed. prof. Y. K. Syrkina. - M.; L.: Goskhimizdat, 1947. - 440 str.
• Pauling L. Splošna kemija. per. iz angleščine - M.: Mir, 1974. - 846 str.
• Minkin V. I., Simkin B. Ya., Minyaev R. M. Teorija molekularne strukture. - Rostov na Donu: Phoenix, 1997. - P. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7
• Gillespie R. Geometrija molekul / Prev. iz angleščine E. Z. Zasorina in V. S. Mastryukov, ur. Yu. A. Pentina. - M.: Mir, 1975. - 278 str.

Poglej tudi

Opombe

Fundacija Wikimedia. 2010.

Hibridizacija atomskih orbital in molekularna geometrija

Pomembna značilnost molekule, sestavljene iz več kot dveh atomov, je njena geometrijska konfiguracija. Odločeno je relativni položaj atomske orbitale, ki sodelujejo pri tvorbi kemičnih vezi.

Prekrivanje elektronskih oblakov je možno le ob določeni relativni orientaciji elektronskih oblakov; v tem primeru se območje prekrivanja nahaja v določeni smeri glede na medsebojno delujoče atome.

Tabela 1 Hibridizacija orbital in prostorska konfiguracija molekul

Vzbujen atom berilija ima konfiguracijo 2s 1 2p 1, vzbujen atom bora ima konfiguracijo 2s 1 2p 2 in vzbujen atom ogljika ima konfiguracijo 2s 1 2p 3. Zato lahko domnevamo, da lahko pri tvorbi kemičnih vezi sodelujejo ne iste, ampak različne atomske orbitale. Na primer, v spojinah, kot so BeCl 2, BeCl 3, CCl 4, bi morale biti vezi neenake moči in smeri, σ-vezi iz p-orbital pa bi morale biti močnejše od vezi iz s-orbital, ker za p-orbitale so ugodnejši pogoji za prekrivanje. Izkušnje pa kažejo, da so v molekulah, ki vsebujejo centralne atome z različnimi valenčnimi orbitalami (s, p, d), vse vezi enakovredne. Razlago za to sta podala Slater in Pauling. Ugotovili so, da različne orbitale, ki se energijsko ne zelo razlikujejo, tvorijo ustrezno število hibridnih orbital. Hibridne (mešane) orbitale nastanejo iz različnih atomskih orbital. Število hibridnih orbital je enako številu atomskih orbital, ki sodelujejo pri hibridizaciji. Hibridne orbitale so enake po obliki in energiji elektronskega oblaka. V primerjavi z atomskimi orbitalami so bolj raztegnjene v smeri nastajanja kemičnih vezi in zato zagotavljajo boljše prekrivanje elektronskih oblakov.

Hibridizacija atomskih orbital zahteva energijo, zato so hibridne orbitale v izoliranem atomu nestabilne in se radi spremenijo v čiste AO. Ko nastanejo kemične vezi, se hibridne orbitale stabilizirajo. Zaradi močnejših vezi, ki jih tvorijo hibridne orbitale, se iz sistema sprosti več energije in zato postane sistem bolj stabilen.

sp-hibridizacija nastane npr. pri tvorbi halogenidov Be, Zn, Co in Hg (II). IN valenčno stanje Vsi kovinski halogenidi vsebujejo s in p-neparne elektrone na ustrezni energijski ravni. Ko nastane molekula, ena s in ena p orbitala tvorita dve hibridni sp orbitali pod kotom 180 stopinj.

Slika 3 sp hibridne orbitale

Eksperimentalni podatki kažejo, da so halogenidi Be, Zn, Cd in Hg(II) linearni in da sta obe vezi enako dolgi.

sp 2 hibridizacija

Kot rezultat hibridizacije ene s-orbitale in dveh p-orbital nastanejo tri hibridne sp 2 orbitale, ki se nahajajo v isti ravnini pod kotom 120 o druga na drugo. To je na primer konfiguracija molekule BF 3:

Slika 4 sp 2 hibridizacija

sp 3 hibridizacija

sp 3 hibridizacija je značilna za ogljikove spojine. Kot rezultat hibridizacije ene s orbite in treh

p-orbitale, nastanejo štiri hibridne sp 3 orbitale, usmerjene proti ogliščem tetraedra s kotom med orbitalami 109,5 o. Hibridizacija se kaže v popolni enakovrednosti vezi ogljikovega atoma z drugimi atomi v spojinah, na primer v CH 4, CCl 4, C (CH 3) 4 itd.

Slika 5 sp 3 hibridizacija

Če so vse hibridne orbitale povezane z istimi atomi, potem se vezi med seboj ne razlikujejo. V drugih primerih se pojavijo rahla odstopanja od standardnih veznih kotov. Na primer, v molekuli vode H 2 O se kisik - sp 3 -hibrid nahaja v središču nepravilnega tetraedra, na vrhovih katerega "gledata" dva atoma vodika in dva osamljena para elektronov (slika 2) . Oblika molekule je kotna, gledano iz središč atomov. Vezni kot HOH je 105°, kar je precej blizu teoretična vrednost 109 o.

Slika 6 sp 3 - hibridizacija atomov kisika in dušika v molekulah a) H 2 O in b) NCl 3.

Če ne bi bilo hibridizacije (»poravnave« O-H vezi), bi bil vezni kot HOH 90°, ker bi bili vodikovi atomi pritrjeni na dve medsebojno pravokotni p orbitali. V tem primeru bi naš svet verjetno izgledal popolnoma drugače.

Teorija hibridizacije pojasnjuje geometrijo molekule amoniaka. Kot rezultat hibridizacije 2s in treh 2p orbital dušika nastanejo štiri sp 3 hibridne orbitale. Konfiguracija molekule je popačen tetraeder, v katerem tri hibridne orbitale sodelujejo pri tvorbi kemijske vezi, četrta s parom elektronov pa ne. Koti med N-H vezi ni enak 90° kot v piramidi, vendar tudi ni enak 109,5°, kar ustreza tetraedru.

Slika 7 sp 3 - hibridizacija v molekuli amoniaka

Ko amoniak medsebojno deluje z vodikovim ionom, kot posledica interakcije donor-akceptor nastane amonijev ion, katerega konfiguracija je tetraeder.

Hibridizacija pojasnjuje tudi razliko v kotu med O-H povezave v kotni molekuli vode. Kot rezultat hibridizacije 2s in treh 2p orbital kisika nastanejo štiri sp 3 hibridne orbitale, od katerih sta le dve vključeni v tvorbo kemične vezi, kar vodi do izkrivljanja kota, ki ustreza tetraedru .

Slika 8 sp 3 hibridizacija v molekuli vode

Hibridizacija lahko vključuje ne samo s- in p-orbitale, ampak tudi d- in f-orbitale.

S sp 3 d 2 hibridizacijo nastane 6 enakovrednih oblakov. Opazimo ga v spojinah, kot so 4-, 4-. V tem primeru ima molekula konfiguracijo oktaedra:

riž. 9 d 2 sp 3 -hibridizacija v ionu 4-

Ideje o hibridizaciji omogočajo razumevanje takšnih strukturnih značilnosti molekul, ki jih ni mogoče razložiti na noben drug način.

Hibridizacija atomskih orbital (AO) vodi do premika elektronskega oblaka v smeri tvorjenja vezi z drugimi atomi. Posledično se izkaže, da so območja prekrivanja hibridnih orbital večja kot pri čistih orbitalah in moč vezi se poveča.

Navodila

Razmislite o molekuli najpreprostejšega nasičenega ogljikovodika, metana. Videti je takole: CH4. Prostorski model molekule je tetraeder. Atom ogljika tvori vezi s štirimi atomi vodika, ki so popolnoma enaki po dolžini in energiji. V njih, glede na zgornji primer, sodelujejo 3 - P elektroni in 1 S - elektron, katerih orbitala je zaradi tega, kar se je zgodilo, začela natančno ustrezati orbitalam ostalih treh elektronov. To vrsto hibridizacije imenujemo sp^3 hibridizacija. To je neločljivo povezano z vsemi ultimati.

Toda najpreprostejši predstavnik nenasičenih spojin je etilen. Njegova formula je naslednja: C2H4. Kakšna vrsta hibridizacije je lastna ogljiku v molekuli te snovi? Posledično se oblikujejo tri orbitale v obliki asimetričnih "osmic", ki ležijo v isti ravnini pod kotom 120 ^ 0 drug na drugega. Tvorijo jih 1 – S in 2 – P elektroni. Zadnji 3. P - elektron ni spremenil svoje orbite, kar pomeni, da je ostal v obliki pravilne "osmice". To vrsto hibridizacije imenujemo sp^2 hibridizacija.

Kako nastanejo vezi v molekuli? Dve hibridizirani orbitali vsakega atoma sta stopili v stik z dvema atomoma vodika. Tretja hibridizirana orbitala je tvorila vez z isto orbitalo druge. In preostale P orbitale? Med seboj sta se »privlačili« na obeh straneh ravnine molekule. Med ogljikovimi atomi je nastala vez. Za atome z "dvojno" vezjo je značilen sp^2.

Kaj se zgodi v molekuli acetilena oz. Njegova formula je naslednja: C2H2. V vsakem atomu ogljika sta samo dva elektrona podvržena hibridizaciji: 1 -S in 1 -P.Preostala dva ohranita orbitale v obliki "pravilnih osmic", ki se prekrivajo v ravnini molekule in na obeh straneh. Zato se ta vrsta hibridizacije imenuje sp - hibridizacija. Lasten je atomom s trojno vezjo.

Vse besede, ki obstajajo v določenem jeziku, lahko razdelimo v več skupin. To je pomembno pri določanju tako pomena kot slovničnih funkcij besede. Pripisovanje določenemu vrsta, ga lahko spremenite v skladu s pravili, tudi če ga še nikoli niste videli. Vrste elementov besede Leksikologija se ukvarja s sestavo jezika.

Boste potrebovali

• - besedilo;
• - slovar.

Navodila

Izberite besedo, katere vrsto želite določiti. Njegova pripadnost enemu ali drugemu delu govora še ne igra vloge, tako kot njegova oblika in funkcija v stavku. Lahko je absolutno katera koli beseda. Če v nalogi ni navedeno, zapišite prvo, ki vam pride v roke. Ugotovite, ali imenuje predmet, kakovost, dejanje ali ne. Za ta parameter vse besede delimo na imenovalnike, zaimenike, števnike, pomožnike in medmete. Do prvega vrsta vključujejo samostalnike, pridevnike, glagole in . So imena predmetov, lastnosti in dejanj. Druga vrsta besed, ki imajo poimenovalno funkcijo, so zaimenske. Zmožnost poimenovanja ni v vrstah , medmet in storitev. To so razmeroma majhne skupine besed, a so v vseh.

Ugotovite, ali lahko dana beseda izražajo koncept. Ta funkcija je na voljo za besede arne enote poimenovalnega tipa, ker prav te tvorijo pojmovni niz katerega koli jezika. Vendar tudi katera koli številka spada v kategorijo pojmov in zato tudi opravlja to funkcijo. Imajo ga tudi funkcijske besede, zaimki in medmeti pa ne.

Razmislite, kakšna bi bila beseda, če bi bila v stavku. Bi lahko bilo? Lahko je katera koli pomembna beseda. Toda tako števnik kot števnik imata to možnost. Ampak tiste uradne besede igrajo pomožno vlogo; ne morejo biti subjekt niti stranski člani stavka, tako kot medmeti.

Za udobje lahko ustvarite tabelo s štirimi stolpci in šestimi vrsticami. V zgornji vrstici označite ustrezne stolpce »Besedne vrste«, »Poimenovanje«, »Koncept« in »Lahko je del stavka«. V prvi levi stolpec zapiši imena besednih vrst, pet jih je. Ugotovite, katere funkcije ima dana beseda in katerih ne. V ustrezne stolpce vpišite pluse in . Če vsi trije stolpci vsebujejo pluse, potem je to pomembna vrsta. Zaimenski plusi se bodo pojavili v prvem in tretjem stolpcu, v drugem in tretjem. Storitev besede lahko izražajo samo pojem, to pomeni, da imajo en plus v drugem stolpcu. Nasproti medmetov v vseh treh stolpcih bodo minusi.

Video na temo

Hibridizacija je postopek pridobivanja hibridov - rastlin ali živali, ki izhajajo iz križanja različne sorte in pasme. Beseda hibrid (hibrida) z latinski jezik prevedeno kot "mešanica".

Hibridizacija: naravna in umetna

Postopek hibridizacije temelji na združevanju genetskega materiala iz različnih celic različnih posameznikov v eno celico. Obstaja razlika med intraspecifičnim in oddaljenim, pri katerem pride do povezave različnih genomov. V naravi je prišlo do naravne hibridizacije in se še vedno dogaja brez človekovega posredovanja. Prav s križanjem znotraj vrste so se spreminjale in izboljševale rastline ter pojavljale nove sorte in pasme živali. Z vidika pride do hibridizacije DNK, nukleinskih kislin, sprememb na atomski in znotrajatomski ravni.

V akademski kemiji se hibridizacija nanaša na specifično interakcijo atomskih orbital v molekulah snovi. A to ni pravi fizikalni proces, ampak le hipotetičen model, koncept.

Hibridi v rastlinski pridelavi

Leta 1694 je nemški znanstvenik R. Camerarius predlagal umetno proizvodnjo. In leta 1717 je Anglež T. Fairchild prvič križal različne vrste nageljnov. Danes se izvaja intraspecifična hibridizacija rastlin, da bi dobili visoko donosne ali prilagojene, na primer sorte, odporne proti zmrzali. Hibridizacija oblik in sort je ena od metod žlahtnjenja rastlin. Na ta način je nastalo ogromno sodobnih sort kmetijskih pridelkov.

Med oddaljeno hibridizacijo, ko se predstavniki križajo različni tipi in so različni genomi združeni, nastali hibridi v večini primerov ne proizvajajo potomcev ali proizvajajo križance nizke kakovosti. Zato nima smisla pustiti semena hibridnih kumar dozorela na vrtu in njihova semena vsakič kupiti v specializirani trgovini.

Reja v živinoreji

V svetu poteka tudi naravna hibridizacija, intraspecifična in oddaljena. Mule je človek poznal dva tisoč let pred našim štetjem. In trenutno se mula in mezga uporabljata v gospodinjstvih kot relativno poceni delovni živali. Res je, da je takšna hibridizacija medvrstna, zato so moški hibridi nujno rojeni sterilni. Samice zelo redko lahko skotijo ​​potomce.

Mula je hibrid kobile in osla. Hibrid, pridobljen s križanjem žrebca in osla, se imenuje hinny. Mule so posebej vzrejene. So višji in močnejši od mežda.

Toda prehod domači pes z volkom je bila med lovci zelo pogosta dejavnost. Nato so nastale potomce podvrgli nadaljnji selekciji, kar je povzročilo ustvarjanje novih pasem psov. Danes je selekcija živali pomembna sestavina uspeha živinorejske industrije. Hibridizacija se izvaja namensko, s poudarkom na določenih parametrih.

Kovalentne vezi so najpogostejše v svetu organskih snovi, zanje je značilna nasičenost, polarizabilnost in usmerjenost v prostoru.

Nasičenost kovalentne vezi je v tem, da je število skupnih elektronskih parov, ki jih lahko tvori določen atom, omejeno. Zaradi tega imajo kovalentne spojine strogo določeno sestavo. Zato na primer obstajajo molekule H 2, N 2, CH 4, vendar ni molekul H 3, N 4, CH 5.

Polarizabilnost kovalentne vezi je v zmožnosti molekul (in posameznih vezi v njih), da pod vplivom zunanjega električnega polja spremenijo svojo polarnost – postanejo polarizirane.

Zaradi polarizacije lahko nepolarne molekule postanejo polarne, polarne pa se lahko spremenijo v še bolj polarne, do popolnega pretrganja posameznih vezi s tvorbo ionov:

Usmerjenost kovalentne vezi je posledica dejstva, da so p-, d- in f-oblaki v prostoru usmerjeni na določen način. Smer kovalentne vezi vpliva na obliko molekul snovi, njihove velikosti, medatomske razdalje, vezni kot, torej na geometrijo molekul.

Popolnejše razumevanje oblike molekul organskih in anorganske snovi lahko sestavimo na podlagi hipoteze o hibridizaciji atomskih orbital. Predlagal ga je L. Pauling (ZDA), da bi pojasnil, kaj je bilo ugotovljeno z uporabo fizikalne metodeštudije snovi, dejstvo enakovrednosti vseh kemičnih vezi in njihove simetrične razporeditve glede na središče molekul CH 4, BF 3, BeCl 2. V vsakem primeru bi morala tvorba vezi σ iz osrednjega atoma (C, B, Be) vključevati elektrone, ki se nahajajo v različna stanja(s in p), zato ne moreta biti enakovredna. Izkazalo se je, da teorija ne more pojasniti dejstev, pojavilo se je protislovje, ki je bilo razrešeno s pomočjo nove hipoteze. To je eden od primerov, ki prikazuje pot razvoja človeškega znanja o svetu, ki ga obdaja, možnost vedno globljega prodiranja v bistvo pojavov.

S hipotezo o hibridizaciji atomskih orbital ste se seznanili pri predmetu organska kemija na primeru ogljikovega atoma. Naj vas na to še enkrat spomnimo.

Ko nastane molekula metana CH 4, atom ogljika preide iz osnovnega stanja v vzbujeno stanje:

Zunanja elektronska plast vzbujenega ogljikovega atoma vsebuje en s-elektron in tri neparne p-elektrone, ki tvorijo štiri σ-vezi s štirimi s-elektroni vodikovih atomov. V tem primeru je treba pričakovati, da se bodo tri C-H vezi, ki nastanejo zaradi združitve treh p-elektronov ogljikovega atoma s tremi s-elektroni treh vodikovih atomov (s-p σ vez), razlikovale od četrte (s-s ) vez v moči, dolžini, smeri. Študija elektronske gostote v molekulah metana kaže, da so vse vezi v njegovi molekuli enakovredne in usmerjene proti ogliščem tetraedra (slika 10). V skladu s hipotezo o hibridizaciji atomskih orbital se štiri kovalentne vezi molekule metana tvorijo ne s sodelovanjem "čistih" s- in p-oblakov ogljikovega atoma, temveč s sodelovanjem tako imenovanih hibridnih, tj. povprečni, ekvivalentni elektronski oblaki.

riž. 10. Model kroglice in palice molekule metana

Po tem modelu je število hibridnih atomskih orbital enako številu prvotnih "čistih" orbital. Ustrezni hibridni oblaki imajo ugodnejšo geometrijsko obliko kot s- in p-oblaki, njihova elektronska gostota je razporejena drugače, kar zagotavlja popolnejše prekrivanje s s-oblaki vodikovih atomov, kot bi to veljalo za »čiste« s- in p-oblaki.

V molekuli metana in drugih alkanov, kot tudi v vseh molekulah organskih spojin, so atomi ogljika na mestu enojne vezi v stanju hibridizacije sp 3, to je na atomu ogljika en s- in trije p-atomski oblaki so bili podvrženi hibridizaciji in nastale so štiri enake hibridne sp 3 -atomske orbitale oblaka.

Kot rezultat prekrivanja ustreznih štirih hibridnih oblakov sp 3 atoma ogljika z oblaki štirih atomov vodika nastane tetraedrična molekula metana s štirimi enakimi vezmi σ, ki se nahajajo pod kotom 109°28" (sl. 11).

riž. enajst.
Sheme sp 3 hibridizacije oblakov valenčnih elektronov (a) in tvorba vezi v molekuli metana (b)

Ta vrsta atomske hibridizacije in posledično tetraedrične strukture bo značilna tudi za molekule spojin ogljikovega analoga - silicija: SiH 4, SiCl 4.

Pri nastajanju molekul vode in amoniaka pride tudi do sp 3 hibridizacije valenčnih atomskih orbital kisikovih in dušikovih atomov. Če pa ima atom ogljika vse štiri hibridne oblake sp 3 zasedene s skupnimi elektronskimi pari, potem ima atom dušika en oblak sp 3 zaseden z osamljenim elektronskim parom, atom kisika pa že ima dva oblaka sp 3 zasedena z njimi (slika 12).

riž. 12.
Oblike molekul amoniaka, vode in vodikovega fluorida

Prisotnost osamljenih elektronskih parov vodi do zmanjšanja veznih kotov (tabela 8) v primerjavi s tetraedrskimi (109°28").

Tabela 8
Povezava med številom prostih elektronskih parov in veznim kotom v molekulah

sp 3 -Hibridizacijo opazimo ne samo za atome v kompleksnih snoveh, ampak tudi za atome v preproste snovi. Na primer v atomih takšne alotropske modifikacije ogljika, kot je diamant.

V molekulah nekaterih borovih spojin poteka sp 2 hibridizacija valenčnih atomskih orbital atoma bora.

Pri atomu bora v vzbujenem stanju pri hibridizaciji sodelujeta ena s- in dve p-orbitali, kar povzroči nastanek treh hibridnih orbital sp 2; osi ustreznih hibridnih oblakov se nahajajo v ravnini pod kotom 120 ° drug drugemu (slika 13).

riž. 13.
Sheme 8р 2 -hibridizacije in lokacije sp 2 -oblakov v prostoru

Zato imajo molekule takih spojin, na primer BF3, obliko ravnega trikotnika (slika 14).

riž. 14.
Struktura molekule BF3

V organskih spojinah je, kot veste, hibridizacija sp 2 značilna za atome ogljika v molekulah alkenov na mestu dvojne vezi, kar pojasnjuje planarno strukturo teh delov molekul, pa tudi molekul dienov in arenov. sp 2 -Hibridizacijo opazimo tudi pri atomih ogljika in pri takšni alotropski modifikaciji ogljika, kot je grafit.

V molekulah nekaterih berilijevih spojin opazimo sp hibridizacijo valenčnih orbital atoma berilija v vzbujenem stanju.

Dva hibridna oblaka sta drug proti drugemu usmerjena pod kotom 180° (slika 15), zato ima molekula berilijevega klorida BeCl 2 linearno obliko.

riž. 15.
Sheme sp-hibridizacije in lokacije sp-oblakov v prostoru

Podobna vrsta hibridizacije atomskih orbital obstaja za atome ogljika v alkinih - ogljikovodikih acetilenske serije - na mestu trojne vezi.

Ta hibridizacija orbital je značilna za ogljikove atome v drugi njegovi alotropski modifikaciji - karbinu:

Tabela 9 prikazuje vrste geometrijskih konfiguracij molekul, ki ustrezajo določenim vrstam hibridizacije orbital centralnega atoma A, ob upoštevanju vpliva števila prostih (neveznih) elektronskih parov.

Tabela 9
Geometrijske konfiguracije molekul, ki ustrezajo različnim vrstam hibridizacije zunanjih elektronskih orbital centralnega atoma

Vprašanja in naloge za § 7

1. V molekulah vodikovih spojin ogljika, dušika in kisika, katerih formule so CH 4, NH 3 in H 2 O, so valenčne orbitale osrednjih nekovinskih atomov v stanju sp 3 hibridizacije, vendar vez koti med vezmi so različni - 109°28" 107°30" oziroma 104°27" Kako si lahko to razložimo?
2. Zakaj je grafit električno prevoden, diamant pa ne?
3. Kakšno geometrijsko obliko bodo imele molekule dveh fluoridov - bora in dušika (BF 3 oziroma NF 3)? Podajte utemeljen odgovor.
4. Molekula silicijevega fluorida SiF 4 ima tetraedrsko strukturo, molekula bromovega klorida BCl 3 pa trikotno obliko - planarno. Zakaj?