Konsepto ng hybridization
Konsepto ng hybridization ng valence atomic orbitals ay iminungkahi ng Amerikanong chemist na si Linus Pauling na sagutin ang tanong kung bakit, kung ang gitnang atom ay may iba't ibang (s, p, d) valence orbitals, ang mga bono na nabubuo nito sa mga polyatomic molecule na may parehong ligand ay magiging katumbas ng kanilang enerhiya at spatial na katangian.
Ang mga konsepto ng hybridization ay sentro sa paraan ng valence bond. Ang hybridization mismo ay hindi isang tunay na pisikal na proseso, ngunit isang maginhawang modelo lamang na nagbibigay-daan sa isa na ipaliwanag ang elektronikong istraktura ng mga molekula, lalo na ang hypothetical na mga pagbabago ng atomic orbitals sa panahon ng pagbuo ng isang covalent chemical bond, sa partikular, ang pagkakahanay ng mga haba. ng mga bono ng kemikal at mga anggulo ng bono sa molekula.
Ang konsepto ng hybridization ay matagumpay na inilapat sa husay na paglalarawan ng mga simpleng molekula, ngunit kalaunan ay pinalawak sa mas kumplikadong mga. Hindi tulad ng teorya ng molecular orbitals, hindi ito mahigpit na quantitative; halimbawa, hindi nito mahulaan ang photoelectron spectra ng kahit na simpleng mga molekula gaya ng tubig. Kasalukuyang ginagamit pangunahin para sa mga layuning pamamaraan at sa sintetikong organikong kimika.
Ang prinsipyong ito ay makikita sa teorya ng Gillespie-Nyholm ng pagtanggi ng mga pares ng elektron. Una at karamihan mahalagang tuntunin na nabuo tulad ng sumusunod:
"Ang mga pares ng elektron ay nagpatibay ng isang kaayusan sa valence shell ng isang atom kung saan ang mga ito ay malayo hangga't maaari sa isa't isa, iyon ay, ang mga pares ng elektron ay kumikilos na parang pareho silang nagtataboy."Ang pangalawang panuntunan ay iyon "lahat ng mga pares ng elektron na kasama sa valence electron shell ay itinuturing na matatagpuan sa parehong distansya mula sa nucleus".
Mga uri ng hybridization
sp hybridization
Nangyayari kapag naghalo ang isang s- at isang p-orbital. Dalawang katumbas na sp-atomic na orbital ang nabuo, na matatagpuan nang linear sa isang anggulo na 180 degrees at nakadirekta sa iba't ibang direksyon mula sa nucleus ng carbon atom. Ang dalawang natitirang non-hybrid p-orbitals ay matatagpuan sa magkabilang patayo na mga eroplano at lumalahok sa pagbuo ng mga π bond o sumasakop sa nag-iisang pares ng mga electron.
sp 2 hybridization
Nangyayari kapag naghalo ang isang s- at dalawang p-orbital. Ang tatlong hybrid na orbital ay nabuo na may mga palakol na matatagpuan sa parehong eroplano at nakadirekta sa mga vertices ng tatsulok sa isang anggulo ng 120 degrees. Hindi hybrid p-atomic orbital patayo sa eroplano at, bilang panuntunan, nakikilahok sa pagbuo ng mga π bond
sp 3 hybridization
Nangyayari kapag naghalo ang isang s- at tatlong p-orbital, na bumubuo ng apat na sp3-hybrid na orbital na may pantay na hugis at enerhiya. Maaari silang bumuo ng apat na bono ng σ sa iba pang mga atomo o mapuno ng nag-iisang pares ng mga electron.
Ang mga axes ng sp3-hybrid orbital ay nakadirekta patungo sa mga vertices ng isang regular na tetrahedron. Ang tetrahedral angle sa pagitan ng mga ito ay 109°28", na tumutugma sa pinakamababang electron repulsion energy. Gayundin, ang sp3 orbitals ay maaaring bumuo ng apat na σ bond sa ibang mga atomo o mapuno ng nag-iisang pares ng mga electron.
Hybridization at molecular geometry
Ang konsepto ng hybridization ng atomic orbitals ay sumasailalim sa Gillespie-Nyholm theory ng electron pair repulsion. Ang bawat uri ng hybridization ay tumutugma sa isang mahigpit na tinukoy na spatial na oryentasyon ng mga hybrid na orbital ng gitnang atom, na nagpapahintulot na ito ay magamit bilang batayan para sa mga stereochemical na konsepto sa organikong kimika.
Ang talahanayan ay nagpapakita ng mga halimbawa ng pagsusulatan sa pagitan ng mga pinakakaraniwang uri ng hybridization at ang geometriko na istraktura ng mga molekula, sa ilalim ng pagpapalagay na ang lahat ng mga hybrid na orbital ay kasangkot sa pagbuo ng mga bono ng kemikal (walang nag-iisang pares ng elektron).
| Uri ng hybridization | Numero mga hybrid na orbital |
Geometry | Istruktura | Mga halimbawa |
|---|---|---|---|---|
| sp | 2 | Linear | BeF 2 , CO 2 , NO 2 + | |
| sp 2 | 3 | tatsulok |  |
BF 3, NO 3 -, CO 3 2- |
| sp 3 | 4 | Tetrahedral |  |
CH 4, ClO 4 -, SO 4 2-, NH 4 + |
| dsp 2 | 4 | patag na parisukat |  |
Ni(CO)4, XeF4 |
| sp 3 d | 5 | Hexahedral |  |
PCl5, AsF5 |
| sp 3 d 2 | 6 | Octahedral |  |
SF 6, Fe(CN) 6 3-, CoF 6 3- |
Mga link
Panitikan
- Pauling L. Ang likas na katangian ng chemical bond / Transl. mula sa Ingles M. E. Dyatkina. Ed. ang prof. Y. K. Syrkina. - M.; L.: Goskhimizdat, 1947. - 440 p.
- Pauling L. Pangkalahatang kimika. Per. mula sa Ingles - M.: Mir, 1974. - 846 p.
- Minkin V. I., Simkin B. Ya., Minyaev R. M. Teorya ng istraktura ng molekular. - Rostov-on-Don: Phoenix, 1997. - P. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7
- Gillespie R. Geometry ng mga molekula / Transl. mula sa Ingles E. Z. Zasorina at V. S. Mastryukov, ed. Yu. A. Pentina. - M.: Mir, 1975. - 278 p.
Tingnan din
Mga Tala
Wikimedia Foundation. 2010.
Hybridization ng atomic orbitals at molecular geometry
Ang isang mahalagang katangian ng isang molekula na binubuo ng higit sa dalawang atomo ay ang nito geometric na pagsasaayos. Ito ay tinutukoy Kaugnay na posisyon atomic orbitals na kasangkot sa pagbuo ng mga kemikal na bono.
Ang pag-overlay ng mga ulap ng elektron ay posible lamang sa isang tiyak na oryentasyon ng mga ulap ng elektron; sa kasong ito, ang overlap na rehiyon ay matatagpuan sa isang tiyak na direksyon na may paggalang sa mga nakikipag-ugnayan na mga atomo.
Talahanayan 1 Hybridization ng mga orbital at spatial na pagsasaayos ng mga molekula
Ang excited na beryllium atom ay may configuration na 2s 1 2p 1, ang excited boron atom ay may configuration na 2s 1 2p 2, at ang excited na carbon atom ay may configuration na 2s 1 2p 3. Samakatuwid, maaari nating ipagpalagay na hindi pareho, ngunit ang iba't ibang mga atomic orbital ay maaaring lumahok sa pagbuo ng mga bono ng kemikal. Halimbawa, sa mga compound tulad ng BeCl 2, BeCl 3, CCl 4 dapat mayroong mga bono ng hindi pantay na lakas at direksyon, at ang mga σ-bond mula sa mga p-orbital ay dapat na mas malakas kaysa sa mga bono mula sa mga s-orbital, dahil para sa mga p-orbital mayroong mas kanais-nais na mga kondisyon para sa overlap. Gayunpaman, ipinapakita ng karanasan na sa mga molekula na naglalaman ng mga gitnang atomo na may iba't ibang mga orbital ng valence (s, p, d), lahat ng mga bono ay katumbas. Isang paliwanag para dito ay ibinigay nina Slater at Pauling. Napagpasyahan nila na ang iba't ibang mga orbital, na hindi masyadong naiiba sa enerhiya, ay bumubuo ng katumbas na bilang ng mga hybrid na orbital. Ang mga hybrid (halo-halong) orbital ay nabuo mula sa iba't ibang atomic orbitals. Ang bilang ng mga hybrid na orbital ay katumbas ng bilang ng mga atomic na orbital na kasangkot sa hybridization. Ang mga hybrid na orbital ay magkapareho sa hugis at enerhiya ng ulap ng elektron. Kung ikukumpara sa mga atomic orbital, mas pinahaba ang mga ito sa direksyon ng pagbuo ng mga kemikal na bono at samakatuwid ay nagbibigay ng mas mahusay na overlap ng mga ulap ng elektron.
Ang hybridization ng mga atomic orbital ay nangangailangan ng enerhiya, kaya ang mga hybrid na orbital sa isang nakahiwalay na atom ay hindi matatag at may posibilidad na maging purong AO. Kapag nabuo ang mga bono ng kemikal, ang mga hybrid na orbital ay nagpapatatag. Dahil sa mas malakas na mga bono na nabuo ng mga hybrid na orbital, mas maraming enerhiya ang inilabas mula sa system at samakatuwid ang sistema ay nagiging mas matatag.
Ang sp-hybridization ay nangyayari, halimbawa, sa panahon ng pagbuo ng Be, Zn, Co at Hg (II) halides. SA estado ng valence Ang lahat ng metal halides ay naglalaman ng s at p-unpares na mga electron sa naaangkop na antas ng enerhiya. Kapag nabuo ang isang molekula, ang isang s at isang p orbital ay bumubuo ng dalawang hybrid sp orbital sa isang anggulo na 180 degrees.
Fig.3 sp hybrid na orbital
Ipinapakita ng pang-eksperimentong data na ang Be, Zn, Cd at Hg(II) halides ay lahat ng linear at ang parehong mga bono ay may parehong haba.
sp 2 hybridization
Bilang resulta ng hybridization ng isang s-orbital at dalawang p-orbital, tatlong hybrid sp 2 orbitals ang nabuo, na matatagpuan sa parehong eroplano sa isang anggulo na 120 o sa bawat isa. Ito ay, halimbawa, ang pagsasaayos ng molekula ng BF 3:
Fig.4 sp 2 hybridization
sp 3 hybridization
Ang sp 3 hybridization ay katangian ng mga carbon compound. Bilang resulta ng hybridization ng one s orbital at three
p-orbitals, apat na hybrid sp 3 orbitals ang nabuo, na nakadirekta sa vertices ng tetrahedron na may anggulo sa pagitan ng mga orbital na 109.5 o. Ang hybridization ay ipinakita sa kumpletong pagkakapareho ng mga bono ng isang carbon atom sa iba pang mga atomo sa mga compound, halimbawa, sa CH 4, CCl 4, C(CH 3) 4, atbp.
Fig.5 sp 3 hybridization
Kung ang lahat ng mga hybrid na orbital ay konektado sa parehong mga atomo, kung gayon ang mga bono ay hindi naiiba sa bawat isa. Sa ibang mga kaso, nangyayari ang mga bahagyang paglihis mula sa karaniwang mga anggulo ng bono. Halimbawa, sa molekula ng tubig H 2 O, ang oxygen - sp 3 -hybrid, ay matatagpuan sa gitna ng isang hindi regular na tetrahedron, sa mga vertices kung saan ang dalawang hydrogen atoms at dalawang nag-iisang pares ng mga electron ay "tumingin" (Fig. 2) . Ang hugis ng molekula ay angular kung titingnan mula sa mga sentro ng mga atomo. Ang anggulo ng bono ng HOH ay 105°, na medyo malapit sa teoretikal na halaga 109 o.
Fig.6 sp 3 - hybridization ng oxygen at nitrogen atoms sa mga molekula a) H 2 O at b) NCl 3.
Kung walang hybridization ("alignment" O-H bond), ang anggulo ng bono ng HOH ay magiging 90° dahil ang mga atomo ng hydrogen ay ikakabit sa dalawang magkaparehong patayo na p orbital. Sa kasong ito, maaaring magmukhang ganap na iba ang ating mundo.
Ipinapaliwanag ng teorya ng hybridization ang geometry ng molekula ng ammonia. Bilang resulta ng hybridization ng 2s at tatlong 2p orbitals ng nitrogen, apat na sp 3 hybrid orbitals ang nabuo. Ang pagsasaayos ng molekula ay isang distorted tetrahedron, kung saan ang tatlong hybrid na orbital ay lumahok sa pagbuo ng isang kemikal na bono, ngunit ang ikaapat na may isang pares ng mga electron ay hindi. Mga anggulo sa pagitan N-H bond hindi katumbas ng 90° tulad ng sa isang pyramid, ngunit hindi rin katumbas ng 109.5°, na katumbas ng isang tetrahedron.
Fig.7 sp 3 - hybridization sa isang molekula ng ammonia
Kapag ang ammonia ay nakikipag-ugnayan sa isang hydrogen ion, bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng donor-acceptor, isang ammonium ion ay nabuo, ang pagsasaayos ng kung saan ay isang tetrahedron.
Ipinapaliwanag din ng hybridization ang pagkakaiba sa anggulo sa pagitan Mga koneksyon sa O-H sa sulok na molekula ng tubig. Bilang resulta ng hybridization ng 2s at tatlong 2p orbitals ng oxygen, apat na sp 3 hybrid orbitals ang nabuo, kung saan dalawa lamang ang kasangkot sa pagbuo ng isang kemikal na bono, na humahantong sa isang pagbaluktot ng anggulo na naaayon sa tetrahedron .
Fig.8 sp 3 hybridization sa isang molekula ng tubig
Ang hybridization ay maaaring kasangkot hindi lamang sa mga s- at p-orbital, kundi pati na rin sa d- at f-orbitals.
Sa sp 3 d 2 hybridization, 6 na katumbas na ulap ang nabuo. Ito ay sinusunod sa mga compound tulad ng 4-, 4-. Sa kasong ito, ang molekula ay may pagsasaayos ng isang octahedron:
kanin. 9 d 2 sp 3 -hybridization sa ion 4-
Ginagawang posible ng mga ideya tungkol sa hybridization na maunawaan ang gayong mga tampok na istruktura ng mga molekula na hindi maipaliwanag sa anumang iba pang paraan.
Ang hybridization ng atomic orbitals (AO) ay humahantong sa isang displacement ng electron cloud sa direksyon ng pagbuo ng mga bono sa iba pang mga atom. Bilang resulta, ang mga overlap na lugar ng mga hybrid na orbital ay lumalabas na mas malaki kaysa sa mga purong orbital at ang lakas ng bono ay tumataas.
Ang atomic orbital hybridization ay isang proseso na nagbibigay-daan sa amin na maunawaan kung paano binago ng mga atom ang kanilang mga orbital kapag bumubuo ng mga compound. Kaya, ano ang hybridization, at anong mga uri nito ang umiiral?
Pangkalahatang katangian ng hybridization ng atomic orbitals
Ang atomic orbital hybridization ay isang proseso kung saan ang iba't ibang orbital ng isang gitnang atom ay pinaghalo, na nagreresulta sa pagbuo ng mga orbital na may magkaparehong katangian.
Ang hybridization ay nangyayari sa panahon ng pagbuo ng isang covalent bond.
Ang isang hybrid na orbital ay may kapansanan ng isang infinity sign o isang asymmetrical inverted figure ng walong, pinalawak ang layo mula sa atomic nucleus. Ang anyo na ito ay nagdudulot ng mas malakas na pagsasanib ng mga hybrid na orbital sa mga orbital (puro o hybrid) ng iba pang mga atom kaysa sa kaso ng mga purong atomic na orbital at humahantong sa pagbuo ng mas malakas na mga covalent bond.
kanin. 1. Hybrid orbital na hitsura.
Ang ideya ng hybridization ng atomic orbitals ay unang iniharap ng American scientist na si L. Pauling. Naniniwala siya na ang isang atom na pumapasok sa isang chemical bond ay may iba't ibang atomic orbitals (s-, p-, d-, f-orbitals), at bilang resulta, ang hybridization ng mga orbital na ito ay nangyayari. Ang kakanyahan ng proseso ay ang mga atomic na orbital na katumbas ng bawat isa ay nabuo mula sa iba't ibang mga orbital.
Mga uri ng atomic orbital hybridization
Mayroong ilang mga uri ng hybridization:
- . Ang ganitong uri ng hybridization ay nangyayari kapag ang isang orbital at isang p orbital ay naghalo. Bilang resulta, nabuo ang dalawang ganap na sp orbital. Ang mga orbital na ito ay matatagpuan patungo sa atomic nucleus sa paraang ang anggulo sa pagitan ng mga ito ay 180 degrees.
kanin. 2. sp-hybridization.
- sp2 hybridization. Ang ganitong uri ng hybridization ay nangyayari kapag ang one s orbital at dalawang p orbitals ay naghalo. Bilang resulta, nabuo ang tatlong hybrid na orbital, na matatagpuan sa parehong eroplano sa isang anggulo ng 120 degrees sa bawat isa.
- . Ang ganitong uri ng hybridization ay nangyayari kapag ang isa s orbital at tatlong p orbitals ay naghalo. Bilang resulta, apat na ganap na sp3 orbital ang nabuo. Ang mga orbital na ito ay nakadirekta sa tuktok ng tetrahedron at matatagpuan sa isang anggulo na 109.28 degrees sa bawat isa.
Ang sp3 hybridization ay katangian ng maraming elemento, halimbawa, ang carbon atom at iba pang mga sangkap ng pangkat IV (CH 4, SiH 4, SiF 4, GeH 4, atbp.)
kanin. 3. sp3 hybridization.
Posible rin ang higit pa kumplikadong species hybridization na kinasasangkutan ng d-orbitals ng mga atoms.
Ano ang natutunan natin?
Ang hybridization ay isang kumplikadong proseso ng kemikal kung saan ang iba't ibang mga orbital ng isang atom ay bumubuo ng magkapareho (katumbas) na mga hybrid na orbital. Ang teorya ng hybridization ay unang ipinahayag ng Amerikanong si L. Pauling. Mayroong tatlong pangunahing uri ng hybridization: sp-hybridization, sp2-hybridization, sp3-hybridization. Mayroon ding mga mas kumplikadong uri ng hybridization na kinasasangkutan ng mga d orbital.
Problema 261.
Anong mga uri ng carbon AO hybridization ang tumutugma sa pagbuo ng mga molekula ng CH 4, C 2 H 6, C 2 H 4, C 2 H 2?
Solusyon:
a) Sa mga molekula ng CH 4 at C 2 H 6 Ang valence electron layer ng isang carbon atom ay naglalaman ng apat mga pares ng elektron s:
Samakatuwid, ang mga ulap ng elektron ng carbon atom sa mga molekula ng CH 4 at C 2 H 6 ay magiging pinakamalayo sa isa't isa sa panahon ng sp3 hybridization, kapag ang kanilang mga axes ay nakadirekta patungo sa mga vertices ng tetrahedron. Sa kasong ito, sa molekula ng CH4, ang lahat ng mga vertices ng tetrahedron ay sasakupin ng mga atomo ng hydrogen, upang ang molekula ng CH4 ay may pagsasaayos ng tetrahedral na may isang carbon atom sa gitna ng tetrahedron. Sa molekula ng C 2 H 6, ang mga atomo ng hydrogen ay sumasakop sa tatlong vertex ng tetrahedron, at ang karaniwang ulap ng elektron ng isa pang carbon atom ay nakadirekta patungo sa ikaapat na tuktok, i.e. dalawang carbon atoms ay konektado sa isa't isa. Ito ay maaaring kinakatawan ng mga diagram:
b) Sa molekula ng C 2 H 4 mayroong isang valence electron layer ng carbon atom, tulad ng sa CH 4 at C 2 H 6 na mga molekula. naglalaman ng apat na pares ng elektron:
Kapag nabuo ang C 2 H 4, tatlong covalent bond ang nabuo ayon sa karaniwang mekanismo, i.e. ay - mga koneksyon, at isa - - koneksyon. Kapag nabuo ang isang molekula ng C 2 H 4, ang bawat carbon atom ay may dalawang atomo ng hydrogen - mga bono at dalawang mga bono sa isa't isa, isa - at isang - mga bono. Ang mga hybrid na ulap na naaayon sa ganitong uri ng hybridization ay matatagpuan sa carbon atom upang ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga electron ay minimal, i.e. magkalayo hangga't maaari. Ang lokasyong ito carbon atoms (dalawang double bond sa pagitan ng carbon atoms) ay katangian ng sp 2 hybridization ng carbon AO. Sa panahon ng sp 2 hybridization, ang mga ulap ng elektron sa mga carbon atom ay nakatuon sa mga direksyon na nakahiga sa parehong eroplano at gumagawa ng mga anggulo ng 120 0 sa bawat isa, i.e. patungo sa mga taluktok regular na tatsulok. Sa ethylene molecule, ang pagbuo ng - bonds ay kinabibilangan ng tatlong sp 2 -hybrid orbitals ng bawat carbon atom, dalawa sa pagitan ng dalawang hydrogen atoms at isa sa pangalawang carbon atom, at - ang bond ay nabuo dahil sa p-electron clouds ng bawat isa. carbon atom. Pormula sa istruktura ang mga molekula C 2 H 4 ay magiging ganito:
c) Sa molekula ng C 2 H 2, ang valence electron layer ng carbon atom ay naglalaman ng apat na pares ng mga electron:
Ang structural formula ng C 2 N 2 ay:
Ang bawat carbon atom ay konektado ng isang pares ng elektron sa isang hydrogen atom at tatlong pares ng elektron sa isa pang carbon atom. Kaya, sa isang molekula ng acetylene, ang mga carbon atom ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng isang -bond at dalawang -bond. Ang bawat carbon atom ay konektado sa hydrogen sa pamamagitan ng isang - bond. Ang pagbuo ng - mga bono ay nagsasangkot ng dalawang sp-hybrid AO, na matatagpuan kamag-anak sa bawat isa upang ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ito ay minimal, i.e. magkalayo hangga't maaari. Samakatuwid, sa panahon ng sp-hybridization, ang mga ulap ng elektron sa pagitan ng mga carbon atom ay nakatuon sa magkasalungat na direksyon na nauugnay sa bawat isa, i.e. anggulo sa pagitan Mga koneksyon sa C-C ay 180 0. Samakatuwid, ang molekula ng C 2 H 2 ay may linear na istraktura:
Problema 262.
Ipahiwatig ang uri ng hybridization ng silicon AO sa SiH 4 at SiF 4 na mga molekula. Ang mga molekulang ito ba ay polar?
Solusyon:
Sa SiH 4 at SiF 4 na mga molekula, ang valence electron layer ay naglalaman ng apat na pares ng mga electron:
Samakatuwid, sa parehong mga kaso, ang mga ulap ng elektron ng silikon na atom ay magiging pinakamalayo sa bawat isa sa panahon ng sp 3 hybridization, kapag ang kanilang mga axes ay nakadirekta patungo sa mga vertices ng tetrahedron. Bukod dito, sa molekula ng SiH 4 ang lahat ng mga vertices ng tetrahedron ay inookupahan ng mga atomo ng hydrogen, at sa molekula ng SiF 4 - ng mga atomo ng fluorine, upang ang mga molekulang ito ay may pagsasaayos ng tetrahedral na may isang silikon na atom sa gitna ng tetrahedron:
Sa mga molekulang tetrahedral na SiH 4 at SiF 4, ang mga dipole na sandali ng mga bono ng Si-H at Si-F ay magkakansela sa isa't isa, upang ang kabuuang mga dipole na sandali ng parehong mga molekula ay magiging katumbas ng zero. Ang mga molekulang ito ay hindi polar, sa kabila ng polarity ng Si-H at Si-F na mga bono.
Problema 263.
Sa mga molekula ng SO 2 at SO 3, ang sulfur atom ay nasa estado ng sp 2 hybridization. Ang mga molekulang ito ba ay polar? Ano ang kanilang spatial structure?
Solusyon:
Sa panahon ng sp 2 hybridization, ang mga hybrid na ulap ay matatagpuan sa sulfur atom sa mga direksyon na nakahiga sa parehong eroplano at gumagawa ng mga anggulo ng 120 0 sa bawat isa, i.e. nakadirekta patungo sa mga vertex ng isang regular na tatsulok.
a) Sa molekula ng SO 2, dalawang sp 2 -hybrid AO ang bumubuo ng isang bono na may dalawang atomo ng oxygen, ang ikatlong sp 2 -hybrid orbital ay sasakupin ng isang libreng pares ng elektron. Ang pares ng elektron na ito ay ililipat ang eroplano ng elektron at ang molekula ng SO 2 ay magkakaroon ng hugis ng isang hindi regular na tatsulok, i.e. Ang anggulo ng OSO ay hindi magiging katumbas ng 120 0. Samakatuwid, ang molekula ng SO 2 ay magkakaroon ng isang angular na hugis na may sp 2 hybridization ng mga atomic orbitals, ang istraktura:
Sa SO 2 molecule, mutual compensation ng dipole moments Mga koneksyon sa S-O hindi nangyayari; ang dipole moment ng naturang molekula ay magkakaroon ng halaga na mas malaki kaysa sa zero, i.e. ang molekula ay polar.
b) Sa sulok na molekula ng SO 3, ang lahat ng tatlong sp2-hybrid AO ay bumubuo ng isang bono na may tatlong mga atomo ng oxygen. Ang molekula ng SO3 ay magkakaroon ng hugis ng flat triangle na may sp2 hybridization ng sulfur atom:
Sa isang tatsulok na molekula ng SO 3, ang mga dipole na sandali ng mga S-O na mga bono ay kanselahin ang isa't isa, upang ang kabuuang dipole na sandali ay magiging zero, ang molekula ay polar.
Problema 264.
Kapag ang SiF4 ay nakikipag-ugnayan sa HF, isang malakas na acid H 2 SiF 6 ay nabuo, na naghihiwalay sa H + at SiF 6 2- ion. Maaari bang magpatuloy ang reaksyon sa pagitan ng CF 4 at HF sa katulad na paraan? Ipahiwatig ang uri ng hybridization ng silicon AO sa SiF 6 2- ion.
Solusyon:
a) Kapag nasasabik, ang silicon atom ay napupunta mula sa 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 na estado patungo sa 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 4 3d 0 na estado, at ang elektronikong istraktura ng mga valence orbital ay tumutugma sa scheme :
Apat na hindi magkapares na electron ng isang excited na silicon na atom ay maaaring lumahok sa pagbuo ng apat na covalent bond ayon sa karaniwang mekanismo na may mga fluorine atoms (1s 2 2s 2 2p 5), bawat isa ay may isang hindi pares na elektron, upang bumuo ng isang SiF 4 na molekula.
Kapag ang SiF 4 ay nakikipag-ugnayan sa HF, ang acid H 2 SiF 6 ay nabuo. Posible ito dahil ang molekula ng SiF 4 ay may mga libreng 3d na orbital, at ang F- (1s 2 2s 2 2p 6) ion ay may mga libreng pares ng mga electron. Ang koneksyon ay isinasagawa ayon sa mekanismo ng donor-acceptor dahil sa isang pares ng mga electron mula sa bawat isa sa dalawang F - (HF ↔ H + + F -) ions at libreng 3d orbitals ng SiF 4 molecule. Sa kasong ito, ang SiF 6 2- ion ay nabuo, na kasama ng mga H + ions ay bumubuo ng isang acid molecule H 2 SiF 6.
b) Ang carbon (1s 2 2s 2 2p 2) ay maaaring mabuo, tulad ng silikon, isang CF 4 compound, ngunit ang mga kakayahan ng valence ng carbon atom ay mauubos (walang mga hindi magkapares na electron, libreng pares ng mga electron at libreng valence orbital sa antas ng valence). Ang structure diagram ng valence orbitals ng isang excited na carbon atom ay may anyo:
Kapag nabuo ang CF 4, lahat ng valence orbitals ng carbon ay inookupahan, kaya hindi mabuo ang isang ion.
Sa molekula ng SiF 4, ang valence electron layer ng silicon atom ay naglalaman ng apat na pares ng mga electron:
Ang parehong ay sinusunod para sa CF 4 molekula. samakatuwid, sa parehong mga kaso, ang mga ulap ng elektron ng silikon at carbon atoms ay magiging malayo hangga't maaari sa isa't isa sa panahon ng sp3 hybridization. Kapag ang kanilang mga palakol ay nakadirekta sa mga vertex ng tetrahedron:
Ginagawang posible ng paraan ng valence bond na malinaw na ipaliwanag ang mga spatial na katangian ng maraming molekula. Gayunpaman, ang karaniwang ideya ng mga hugis ng mga orbital ay hindi sapat upang sagutin ang tanong kung bakit, kung ang gitnang atom ay may iba - s, p, d– valence orbitals, ang mga bono na nabuo nito sa mga molekula na may magkaparehong mga substituent ay lumalabas na katumbas sa kanilang enerhiya at spatial na katangian. Noong mga twenties ng ika-19 na siglo, iminungkahi ni Linus Pauling ang konsepto ng hybridization ng mga orbital ng elektron. Ang hybridization ay isang abstract na modelo ng pagkakahanay ng mga atomic orbital sa hugis at enerhiya.
Ang mga halimbawa ng hybrid na orbital na hugis ay ipinakita sa Talahanayan 5.
Talahanayan 5. Hybrid sp, sp 2 , sp 3 orbital
Ang konsepto ng hybridization ay maginhawang gamitin kapag ipinapaliwanag ang geometric na hugis ng mga molekula at ang laki ng mga anggulo ng bono (mga halimbawa ng mga gawain 2–5).
Algorithm para sa pagtukoy ng geometry ng mga molekula gamit ang pamamaraang BC:
A. Tukuyin ang gitnang atom at ang bilang ng mga σ-bond na may mga terminal na atom.
b. Iguhit ang mga elektronikong pagsasaayos ng lahat ng mga atomo na bumubuo sa molekula at mga graphic na larawan ng mga panlabas na antas ng elektroniko.
V. Ayon sa mga prinsipyo ng pamamaraan ng BC, ang pagbuo ng bawat bono ay nangangailangan ng isang pares ng mga electron, sa pangkalahatang kaso, isa mula sa bawat atom. Kung walang sapat na hindi magkapares na mga electron para sa gitnang atom, dapat ipagpalagay ng isa ang paggulo ng atom sa paglipat ng isa sa mga pares ng mga electron sa isang mas mataas na antas ng enerhiya.
d. Ipagpalagay ang pangangailangan at uri ng hybridization, na isinasaalang-alang ang lahat ng mga bono at, para sa mga elemento ng unang yugto, mga hindi magkapares na mga electron.
e. Batay sa mga konklusyon sa itaas, iguhit ang mga elektronikong orbital (hybrid o hindi) ng lahat ng mga atomo sa molekula at ang kanilang magkakapatong. Gumuhit ng konklusyon tungkol sa geometry ng molekula at ang tinatayang halaga ng mga anggulo ng bono.
f. Tukuyin ang antas ng polarity ng bono batay sa mga halaga ng electronegativity ng mga atomo (Talahanayan 6) Tukuyin ang pagkakaroon ng dipole moment batay sa lokasyon ng mga sentro ng grabidad ng mga positibo at negatibong singil at/o ang simetrya ng molekula.
Talahanayan 6. Mga halaga ng electronegativity ng ilang elemento ayon kay Pauling
Mga halimbawa ng mga gawain
Ehersisyo 1. Ilarawan ang chemical bond sa CO molecule gamit ang BC method.
Solusyon (Larawan 25)
A. Iguhit ang mga elektronikong pagsasaayos ng lahat ng mga atomo na bumubuo sa molekula.
b. Upang makabuo ng isang bono, kinakailangan na lumikha ng mga pares ng elektron sa lipunan
Figure 25. Scheme ng bond formation sa isang CO molecule (walang orbital hybridization)
Konklusyon: Sa molekula ng CO mayroong isang triple bond C≡O
Para sa molekula ng CO, maaari nating ipagpalagay ang presensya sp-hybridization ng mga orbital ng parehong mga atomo (Larawan 26). Ang mga ipinares na electron na hindi kasama sa pagbuo ng bono ay matatagpuan sa sp-hybrid orbital.
 |  |
Figure 26. Scheme ng bond formation sa isang CO molecule (isinasaalang-alang ang hybridization ng mga orbital)
Gawain 2. Batay sa paraan ng BC, ipagpalagay ang spatial na istraktura ng molekula ng BeH 2 at tukuyin kung ang molekula ay isang dipole.
Ang solusyon sa problema ay ipinakita sa Talahanayan 7.
Talahanayan 7. Pagpapasiya ng geometry ng BeH 2 molecule
| Elektronikong pagsasaayos | Mga Tala | ||
| A. | Ang gitnang atom ay beryllium. Kailangan nitong bumuo ng dalawang ϭ-bond na may hydrogen atoms | ||
| b. | H: 1 s 1 Maging: 2 s 2 | Ang hydrogen atom ay may isang hindi pares na elektron, ang beryllium atom ay mayroong lahat ng mga electron nito na ipinares, dapat itong ilipat sa isang nasasabik na estado | |
| V. | H: 1 s 1 Maging*: 2 s 1 2p 1 | Kung ang isang hydrogen atom ay nagbuklod sa beryllium dahil sa 2 s-electron ng beryllium, at ang iba pa - dahil sa 2 p-electron ng beryllium, kung gayon ang molekula ay hindi magkakaroon ng symmetry, na hindi masiglang nabibigyang katwiran, at ang Be–H na mga bono ay hindi magiging katumbas. | |
| G. | H: 1 s 1 Maging*: 2( sp) 2 | Dapat ipagpalagay na mayroon sp-hybridization | |
| d. | Dalawa sp-Ang mga hybrid na orbital ay matatagpuan sa isang anggulo ng 180°, ang BeH 2 molecule ay linear | ||
| e. |  | Electronegativity χ H = 2.1, χ Be = 1.5, samakatuwid ang bono ay covalent polar, ang density ng elektron ay inilipat sa hydrogen atom, isang maliit na negatibong singil δ– ang lilitaw dito. Sa beryllium atom δ+. Dahil ang mga sentro ng grabidad ng positibo at negatibong singil coincide (ito ay simetriko), ang molekula ay hindi isang dipole. |
Ang katulad na pangangatwiran ay makakatulong na ilarawan ang geometry ng mga molekula na may sp 2 - at sp 3-hybrid orbitals (Talahanayan 8).
Talahanayan 8. Geometry ng BF 3 at CH 4 na mga molekula
Gawain 3. Batay sa paraan ng BC, ipagpalagay ang spatial na istraktura ng molekula ng H 2 O at tukuyin kung ang molekula ay isang dipole. Mayroong dalawang posibleng solusyon, ipinakita ang mga ito sa talahanayan 9 at 10.
Talahanayan 9. Pagpapasiya ng geometry ng H 2 O molecule (nang walang orbital hybridization)
| Elektronikong pagsasaayos | Graphic na larawan panlabas na antas ng mga orbital | Mga Tala | |
| A. | |||
| b. | H: 1 s 1 O: 2 s 2 2p 4 |  | |
| V. | Mayroong sapat na mga electron na hindi magkapares upang makabuo ng dalawang ϭ bond na may mga atomo ng hydrogen. | ||
| G. | Maaaring mapabayaan ang hybridization | ||
| d. |  | ||
| e. |  |
Kaya, ang isang molekula ng tubig ay dapat magkaroon ng isang anggulo ng bono na humigit-kumulang 90°. Gayunpaman, ang anggulo sa pagitan ng mga bono ay humigit-kumulang 104°.
Ito ay maaaring ipaliwanag
1) pagtataboy ng mga atomo ng hydrogen na matatagpuan malapit sa isa't isa.
2) Hybridization ng mga orbital (Talahanayan 10).
Talahanayan 10. Pagpapasiya ng geometry ng molekula ng H 2 O (isinasaalang-alang ang hybridization ng mga orbital)
| Elektronikong pagsasaayos | Graphic na representasyon ng mga panlabas na antas ng orbital | Mga Tala | |
| A. | Ang gitnang atom ay oxygen. Kailangan nitong bumuo ng dalawang ϭ bond na may hydrogen atoms. | ||
| b. | H: 1 s 1 O: 2 s 2 2p 4 | | Ang isang hydrogen atom ay may isang hindi magkapares na elektron, at isang atom ng oxygen ay may dalawang hindi magkapares na mga electron. |
| V. | Ang isang hydrogen atom ay may isang hindi magkapares na elektron, at isang atom ng oxygen ay may dalawang hindi magkapares na mga electron. | ||
| G. | Ang isang anggulo ng 104° ay nagmumungkahi ng presensya sp 3-hybridization. | ||
| d. |  | Dalawa sp Ang 3-hybrid orbitals ay matatagpuan sa isang anggulo ng humigit-kumulang 109 °, ang H 2 O molekula ay malapit sa hugis sa isang tetrahedron, ang pagbaba sa anggulo ng bono ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng impluwensya ng electron non-bonding pares. | |
| e. | Electronegativity χ Н = 2.1, χ О = 3.5, samakatuwid ang bono ay covalent polar, ang density ng elektron ay inilipat sa oxygen atom, isang maliit na negatibong singil 2δ– ang lilitaw dito. Sa hydrogen atom δ+. Dahil ang mga sentro ng grabidad ng positibo at negatibong mga singil ay hindi nagtutugma (ito ay hindi simetriko), ang molekula ay isang dipole. |
Ang katulad na pangangatwiran ay nagpapahintulot sa isa na ipaliwanag ang mga anggulo ng bono sa molekula ng ammonia NH 3 . Ang hybridization na kinasasangkutan ng nag-iisang mga pares ng elektron ay karaniwang ipinapalagay lamang para sa mga orbital ng mga atomo ng mga elemento ng panahon II. Ang mga anggulo ng bono sa mga molekula H 2 S = 92°, H 2 Se = 91°, H 2 Te = 89°. Ang parehong ay sinusunod sa serye NH 3, РH 3, AsH 3. Kapag inilalarawan ang geometry ng mga molekulang ito, ayon sa kaugalian, hindi nila ginagamit ang konsepto ng hybridization, o ipinaliwanag nila ang pagbaba sa anggulo ng tetrahedral sa pamamagitan ng pagtaas ng impluwensya ng nag-iisang pares.
