Hibridizarea orbitalilor de electroni și geometria moleculară. Tipuri de hibridizare

Una dintre sarcinile chimiei este studiul structurii materiei, inclusiv elucidarea mecanismului de formare a diverșilor compuși din substanțe simple formate din atomi de unul. element chimic. Caracteristicile interacțiunii atomilor, mai precis, componentele lor încărcate diferit - învelișuri și nuclee electronice - sunt descrise ca diferite tipuri de legături chimice. Astfel, substanțele se formează prin legături covalente, pentru a descrie care în 1931 chimistul american L. Pauling a propus un model de hibridizare a orbitalilor atomici.

Conceptul de legătură covalentă

În cazurile în care procesul de interacțiune are ca rezultat formarea unei perechi de nori de electroni de valență comuni cu doi atomi, vorbim de o legătură covalentă. Ca urmare a apariției sale, se formează cea mai mică particulă dintr-o substanță simplă sau complexă - o moleculă.

Una dintre caracteristicile unei legături covalente este direcționalitatea sa - o consecință a formei sale complexe orbitalii de electroni p, d și f, care, fără a avea simetrie sferică, au o anumită orientare spațială. O altă caracteristică importantă a acestui tip de legătură chimică este saturația, cauzată de un număr limitat de nori externi - de valență - din atom. De aceea existența unei molecule, de exemplu, H 2 O, este posibilă, dar H 5 O nu este.

Tipuri de legături covalente

Se poate forma formarea de perechi de electroni partajate în diverse moduri. În mecanismul formării legăturilor covalente rol important joacă un rol în natura suprapunerii norilor și în simetria spațială a norului rezultat. Conform acestui criteriu, L. Pauling a propus să se distingă următoarele tipuri:

• Legătura sigma (σ) are cel mai mare grad de suprapunere de-a lungul axei care trece prin nucleele atomice. Aici densitatea norilor va fi maximă.
• Legătura pi (π) este formată prin suprapunere laterală, iar norul de electroni, în consecință, are cea mai mare densitate în afara axei care leagă nucleele.

Aceste caracteristici spațiale au mare valoareîn măsura în care se corelează cu parametrii energetici ai legăturii covalente.

Caracteristicile moleculelor poliatomice

Conceptul de hibridizare a fost introdus de Pauling pentru a explica una dintre caracteristicile legăturilor covalente din moleculele poliatomice. Se știe că legăturile formate de atomul central în astfel de molecule se dovedesc a fi identice ca caracteristici spațiale și energetice. Acest lucru are loc indiferent de ce orbitali (s, p sau d) sunt implicați în formarea unei perechi de electroni comune.

Un exemplu foarte convenabil și clar pentru a ilustra acest fenomen este atomul de carbon. Când intră într-o legătură chimică, un atom în stare excitată are 4 orbiti de valență: 2s, 2p x, 2p y și 2p z. Ultimele trei diferă de orbitalul 2s ca energie și formă. Cu toate acestea, într-o moleculă de, de exemplu, CH4 metan, toate cele patru legături sunt complet echivalente și au unghiuri de legătură de 109,5° (în timp ce orbitalii p sunt localizați la unghiuri de 90°). În alți compuși de carbon, apar unghiuri de legătură de 120° și 180°; în moleculele care conţin azot (amoniac NH 3) şi oxigen (apă H 2 O) aceste unghiuri sunt de 107,5° şi 104,5°. Apariția unor astfel de unghiuri de legătură necesita, de asemenea, explicații.

Esența fenomenului

Ideea de hibridizare este formarea de orbitali medii prin suprapunerea norilor de electroni diferite tipuri cu valori energetice apropiate - s, p, uneori d. Numărul de orbitali - hibrizi - rezultați corespunde numărului de nori suprapusi. Deoarece un orbital este probabilitatea determinantă de a găsi un electron într-un anumit punct al unui atom, un orbital hibrid este o suprapunere a funcțiilor de undă care apare ca urmare a tranzițiilor electronice atunci când atomul este excitat. Ea duce la apariția unor funcții de undă echivalente care diferă doar în direcție.

Orbitii hibrizi sunt echivalenti ca energie si au aceeasi forma sub forma unui opt tridimensional, care are o asimetrie puternica fata de nucleu. Se cheltuiește mai puțină energie pentru hibridizare decât este eliberată în timpul formării unei legături covalente puternice cu orbitalii hibrizi, prin urmare acest proces este favorabil energetic, adică cel mai probabil.

hibridizare orbitală și geometrie moleculară

Posibil diverse opțiuni suprapunerea (amestecarea) norilor de electroni externi într-un atom. Cele mai comune tipuri de suprapunere orbitală sunt:

• Sp 3 -hibridare. Această opțiune este implementată prin suprapunerea unui s- și a trei p-orbitali. Rezultatul sunt patru orbitali hibrizi, ale căror axe sunt direcționate pentru orice pereche la unghiuri de 109,5°, corespunzătoare respingerii reciproce minime a electronilor. Când acești orbitali intră în legături σ cu alți atomi, se formează o moleculă cu o configurație tetraedrică, de exemplu, metan, etan C 2 H 6 (o combinație de două tetraedre), amoniac, apă. Într-o moleculă de amoniac, una, și într-o moleculă de apă, două dintre vârfurile tetraedrului sunt ocupate de perechi de electroni singuri, ceea ce duce la o scădere a unghiului de legătură.
• Hibridizarea Sp 2 are loc atunci când un orbital s și doi p sunt combinați. În acest caz, cei trei orbitali hibrizi sunt localizați la unghiuri de 120° în același plan. De exemplu, moleculele de triclorura de bor BCl 3, care este utilizat în diverse tehnologii. Un alt exemplu, molecula de etilenă, se formează datorită unei legături π suplimentare între atomii de carbon, în care un orbital p este nehibrid și orientat perpendicular pe planul format din două triunghiuri.
• Hibridarea Sp are loc atunci când un orbital s și unul p se amestecă. Cei doi nori hibrizi sunt situati la un unghi de 180°, iar molecula are o configuratie liniara. Exemple sunt molecule de clorură de beriliu BeCl 2 sau acetilenă C 2 H 2 (în aceasta din urmă, doi orbitali p-carbon nehibrizi formează legături π suplimentare).

Sunt mai multe opțiuni complexe hibridizarea orbitalilor atomici: sp 3 d, sp 3 d 2 si altele.

Rolul modelului de hibridizare

Conceptul lui Pauling oferă o bună descriere calitativă a structurii moleculelor. Este convenabil și vizual și explică cu succes unele dintre caracteristicile compușilor covalenti, cum ar fi dimensiunea unghiurilor de legătură sau alinierea lungimii unei legături chimice. Cu toate acestea latura cantitativă Modelul nu poate fi considerat satisfăcător, deoarece nu permite realizarea multor predicții importante cu privire la efectele fizice asociate cu caracteristicile structurale ale moleculelor, de exemplu, spectrele fotoelectronilor moleculari. Autorul însuși al conceptului de hibridizare a remarcat deja deficiențele acestuia la începutul anilor 1950.

Cu toate acestea, în devenire idei moderneÎn structura materiei, modelul de hibridizare a orbitalilor atomici a jucat un rol important. Pe baza acestuia s-au dezvoltat concepte mai adecvate, de exemplu, teoria respingerii perechilor de electroni. Prin urmare, desigur, modelul de hibridizare a fost etapa importantaîn dezvoltarea chimiei teoretice și în descrierea unor aspecte ale structurii electronice a moleculelor, este destul de aplicabilă în prezent.

Problema 261.
Ce tipuri de hibridizare a carbonului AO corespund formării moleculelor de CH 4, C2H6, C2H4, C2H2?
Soluţie:
a) În moleculele CH 4 şi C2H6 Stratul de electroni de valență al unui atom de carbon conține patru perechi de electroni:

Prin urmare, norii de electroni ai atomului de carbon din moleculele CH4 și C2H6 vor fi distanțați maxim unul de celălalt în timpul hibridizării sp3, când axele lor sunt îndreptate spre vârfurile tetraedrului. În acest caz, în molecula CH4, toate vârfurile tetraedrului vor fi ocupate de atomi de hidrogen, astfel încât molecula CH4 are o configurație tetraedrică cu un atom de carbon în centrul tetraedrului. În molecula C 2 H 6, atomii de hidrogen ocupă trei vârfuri ale tetraedrului, iar norul de electroni comun al altui atom de carbon este îndreptat către al patrulea vârf, adică. doi atomi de carbon sunt legați unul de celălalt. Aceasta poate fi reprezentată prin diagrame:

b) În molecula C 2 H 4 există un strat de electroni de valență al atomului de carbon, ca și în moleculele CH 4 și C 2 H 6. conține patru perechi de electroni:

Când se formează C2H4, se formează trei legături covalente conform mecanismului obișnuit, adică. sunt - conexiuni și una - - conexiune. Când se formează o moleculă C 2 H 4, fiecare atom de carbon are doi atomi de hidrogen - legături și două legături între ele, una - și una - legături. Norii hibrizi corespunzători acestui tip de hibridizare sunt localizați în atomul de carbon astfel încât interacțiunea dintre electroni este minimă, adică. cât mai departe unul de altul. Această aranjare a atomilor de carbon (două legături duble între atomi de carbon) este caracteristică hibridizării sp 2 a carbonului AO. În timpul hibridizării sp 2, norii de electroni din atomii de carbon sunt orientați în direcții situate în același plan și formând unghiuri de 120 0 între ei, adică. în direcţiile către vârfurile unui triunghi regulat. În molecula de etilenă, formarea legăturilor - implică trei orbitali sp 2 -hibrizi ai fiecărui atom de carbon, doi între doi atomi de hidrogen și unul cu al doilea atom de carbon și - legătura se formează datorită norilor de electroni p ai fiecăruia. atom de carbon. Formula structurală moleculele C 2 H 4 vor arăta astfel:

c) În molecula C 2 H 2, stratul de electroni de valență al atomului de carbon conține patru perechi de electroni:

Formula structurală a lui C 2 N 2 este:

Fiecare atom de carbon este conectat printr-o pereche de electroni la un atom de hidrogen și trei perechi de electroni la un alt atom de carbon. Astfel, într-o moleculă de acetilenă, atomii de carbon sunt legați între ei printr-o legătură și două legături. Fiecare atom de carbon este legat de hidrogen printr-o legătură -. Formarea legăturilor - implică două AO sp-hibride, care sunt situate unul față de celălalt, astfel încât interacțiunea dintre ele să fie minimă, adică. cât mai departe unul de altul. Prin urmare, în timpul hibridizării sp, norii de electroni dintre atomii de carbon sunt orientați în direcții opuse unul față de celălalt, adică. unghi între Conexiuni C-C este 180 0. Prin urmare, molecula C 2 H 2 are o structură liniară:

Problema 262.
Indicați tipul de hibridizare a siliciului AO în molecule de SiH 4 și SiF 4. Sunt aceste molecule polare?
Soluţie:
În moleculele SiH 4 și SiF 4, stratul de electroni de valență conține patru perechi de electroni:

Prin urmare, în ambele cazuri, norii de electroni ai atomului de siliciu vor fi distanțați maxim unul de celălalt în timpul hibridizării sp 3, când axele lor sunt îndreptate spre vârfurile tetraedrului. Mai mult, în molecula SiH 4 toate vârfurile tetraedrului sunt ocupate de atomi de hidrogen, iar în molecula SiF 4 - de atomi de fluor, astfel încât aceste molecule au o configurație tetraedrică cu un atom de siliciu în centrul tetraedrului:

În moleculele tetraedrice SiH 4 și SiF 4, momentele dipolare ale legăturilor Si-H și Si-F se anulează reciproc, astfel încât momentele dipolare totale ale ambelor molecule vor fi egale cu zero. Aceste molecule sunt nepolare, în ciuda polarității legăturilor Si-H și Si-F.

Problema 263.
În moleculele de SO2 și SO3, atomul de sulf se află într-o stare de hibridizare sp2. Sunt aceste molecule polare? Care este structura lor spațială?
Soluţie:
În timpul hibridizării sp 2, norii hibrizi sunt localizați în atomul de sulf în direcții situate în același plan și formând unghiuri de 120 0 între ei, adică. îndreptată spre vârfurile unui triunghi regulat.

a) În molecula de SO 2, două AO sp 2 -hibride formează o legătură cu doi atomi de oxigen, al treilea orbital sp 2 -hibrid va fi ocupat de o pereche de electroni liberi. Această pereche de electroni va deplasa planul electronic și molecula de SO 2 va lua forma unui triunghi neregulat, adică. unghiul OSO nu va fi egal cu 120 0. Prin urmare, molecula de SO 2 va avea o formă unghiulară cu hibridizarea sp 2 a orbitalilor atomici, structura:

În molecula de SO 2, compensarea reciprocă a momentelor dipolare Conexiuni S-O nu se întâmplă; momentul dipol al unei astfel de molecule va avea o valoare mai mare decat zero, i.e. molecula este polară.

b) În colțul moleculei de SO 3, toate cele trei AO hibride sp2 formează o legătură cu trei atomi de oxigen. Molecula de SO3 va avea forma unui triunghi plat cu hibridizarea sp2 a atomului de sulf:

Într-o moleculă de SO 3 triunghiulară, momentele dipolare ale legăturilor S-O se anulează reciproc, astfel încât momentul dipol total va fi zero, molecula este polară.

Problema 264.
Când SiF4 interacționează cu HF, se formează un acid puternic H2SiF6, care se disociază în ioni H+ și SiF62-. Poate reacția dintre CF 4 și HF să se desfășoare într-un mod similar? Indicați tipul de hibridizare a siliciului AO în ionul SiF 6 2-.
Soluţie:
a) Când este excitat, atomul de siliciu trece din starea 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 la starea 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 4 3d 0, iar structura electronică a orbitalilor de valență corespunde diagramei :

Patru electroni neperechi ai unui atom de siliciu excitat pot participa la formarea a patru legături covalente conform mecanismului obișnuit cu atomii de fluor (1s 2 2s 2 2p 5), fiecare având câte un electron nepereche, pentru a forma o moleculă de SiF 4.

Când SiF4 interacționează cu HF, se formează acidul H2SiF6. Acest lucru este posibil deoarece molecula SiF 4 are orbitali 3d liberi, iar ionul F- (1s 2 2s 2 2p 6) are perechi libere de electroni. Conexiunea se realizează conform mecanismului donor-acceptor datorită unei perechi de electroni din fiecare dintre cei doi ioni F - (HF ↔ H + + F -) și orbitalii 3d liberi ai moleculei SiF 4. În acest caz, se formează ionul SiF 6 2- care cu ionii H + formează o moleculă de acid H 2 SiF 6.

b) Carbonul (1s 2 2s 2 2p 2) poate forma, la fel ca siliciul, un compus CF 4, dar capacitățile de valență ale atomului de carbon vor fi epuizate (nu există electroni nepereche, perechi de electroni libere și orbitali de valență liberi la nivelul nivelul de valență). Diagrama de structură a orbitalilor de valență ai unui atom de carbon excitat are forma:

Când se formează CF 4, toți orbitalii de valență ai carbonului sunt ocupați, deci nu se poate forma un ion.

În molecula SiF 4, stratul de electroni de valență al atomului de siliciu conține patru perechi de electroni:

Același lucru se observă și pentru molecula CF 4. prin urmare, în ambele cazuri, norii de electroni ai atomilor de siliciu și de carbon vor fi cât mai îndepărtați unul de celălalt în timpul hibridizării sp3. Când axele lor sunt îndreptate către vârfurile tetraedrului:

Hibridizarea orbitalilor atomici si geometria moleculara

Caracteristica importanta o moleculă formată din mai mult de doi atomi este ea configurație geometrică. Este determinat poziție relativă orbitalii atomici implicați în formarea legăturilor chimice.

Suprapunerea norilor de electroni este posibilă numai cu o anumită orientare relativă a norilor de electroni; în acest caz, regiunea de suprapunere este situată într-o anumită direcție în raport cu atomii care interacționează.

Tabelul 1 Hibridizarea orbitalilor și configurația spațială a moleculelor

Un atom de beriliu excitat are o configurație de 2s 1 2p 1, un atom de bor excitat are o configurație de 2s 1 2p 2, iar un atom de carbon excitat are o configurație de 2s 1 2p 3. Prin urmare, putem presupune că nu aceiași, ci diferiți orbitali atomici pot participa la formarea legăturilor chimice. De exemplu, în compuși precum BeCl 2, BeCl 3, CCl 4 ar trebui să existe legături de rezistență și direcție inegale, iar legăturile σ de la orbitalii p ar trebui să fie mai puternice decât legăturile de la orbitalii s, deoarece pentru orbitalii p există condiții mai favorabile pentru suprapunere. Cu toate acestea, experiența arată că în moleculele care conțin atomi centrali cu orbitali de valență diferiți (s, p, d), toate legăturile sunt echivalente. O explicație pentru aceasta a fost dată de Slater și Pauling. Ei au ajuns la concluzia că diferiți orbitali care nu diferă mult ca energie formează un număr corespunzător de orbitali hibrizi. Orbitalii hibrizi (mixti) sunt formați din diferiți orbitali atomici. Numărul de orbitali hibrizi este egal cu numărul de orbitali atomici implicați în hibridizare. Orbitalii hibrizi sunt identici ca formă de nor de electroni și energie. În comparație cu orbitalii atomici, aceștia sunt mai alungiți în direcția de formare a legăturilor chimice și, prin urmare, asigură o suprapunere mai bună a norilor de electroni.

Hibridizarea orbitalilor atomici necesită energie, astfel încât orbitalii hibridi dintr-un atom izolat sunt instabili și tind să se transforme în AO pure. Când se formează legături chimice, orbitalii hibrizi sunt stabilizați. Datorită legăturilor mai puternice formate de orbitalii hibrizi, este eliberată mai multă energie din sistem și, prin urmare, sistemul devine mai stabil.

Hibridizarea sp are loc, de exemplu, în timpul formării halogenurilor de Be, Zn, Co și Hg (II). În starea de valență, toate halogenurile metalice conțin electroni s și p nepereche la nivelul de energie corespunzător. Când se formează o moleculă, un orbital s și unul p formează doi orbitali hibrizi sp la un unghi de 180 de grade.

Fig.3 orbitali hibrizi sp

Datele experimentale arată că halogenurile de Be, Zn, Cd și Hg(II) sunt toate liniare și ambele legături au aceeași lungime.

hibridizare sp 2

Ca urmare a hibridizării unui orbital s și a doi orbitali p, se formează trei orbitali hibrizi sp 2, situați în același plan la un unghi de 120 o unul față de celălalt. Aceasta este, de exemplu, configurația moleculei BF 3:

Fig.4 hibridizare sp 2

hibridizare sp 3

Hibridizarea sp 3 este caracteristică compușilor de carbon. Ca urmare a hibridizării orbitalului unu și a trei

p-orbitali se formează patru orbitali hibrizi sp 3, îndreptați către vârfurile tetraedrului cu un unghi între orbitali de 109,5 o. Hibridizarea se manifestă prin echivalența completă a legăturilor atomului de carbon cu alți atomi din compuși, de exemplu, în CH 4, CCl 4, C(CH 3) 4 etc.

Fig.5 hibridizare sp 3

Dacă toți orbitalii hibrizi sunt conectați la aceiași atomi, atunci legăturile nu sunt diferite unele de altele. În alte cazuri, apar ușoare abateri de la unghiurile standard de legătură. De exemplu, în molecula de apă H 2 O, oxigenul - sp 3 -hibridul, este situat în centrul unui tetraedru neregulat, la vârfurile căruia „arata” doi atomi de hidrogen și două perechi de electroni singure (Fig. 2) . Forma moleculei este unghiulară când este privită din centrele atomilor. Unghiul de legătură al lui HOH este de 105°, ceea ce este destul de aproape de valoare teoretică 109 o.

Fig.6 sp 3 - hibridizarea atomilor de oxigen si azot in molecule a) H 2 O si b) NCl 3.

Dacă nu ar exista hibridizare („aliniere” Legături O-H), unghiul de legătură al lui HOH ar fi de 90° deoarece atomii de hidrogen ar fi atașați la doi orbitali p perpendiculari reciproc. În acest caz, lumea noastră ar arăta probabil complet diferit.

Teoria hibridizării explică geometria moleculei de amoniac. Ca urmare a hibridizării orbitalilor 2s și a trei 2p ai azotului, se formează patru orbitali hibrizi sp 3. Configurația moleculei este un tetraedru distorsionat, în care trei orbitali hibrizi participă la formarea unei legături chimice, dar al patrulea cu o pereche de electroni nu. Unghiurile dintre Legături N-H nu este egal cu 90° ca într-o piramidă, dar nici nu este egal cu 109,5°, corespunzător unui tetraedru.

Fig.7 sp 3 - hibridizare într-o moleculă de amoniac

Atunci când amoniacul interacționează cu un ion de hidrogen, ca urmare a interacțiunii donor-acceptor, se formează un ion de amoniu, a cărui configurație este un tetraedru.

Hibridizarea explică și diferența de unghi între Conexiuni O-Hîn molecula de apă din colț. Ca urmare a hibridizării celor 2s și trei orbitali 2p ai oxigenului, se formează patru orbitali hibrizi sp 3, dintre care doar doi sunt implicați în formarea unei legături chimice, ceea ce duce la o distorsiune a unghiului corespunzător tetraedrului. .

Fig.8 hibridizarea sp 3 într-o moleculă de apă

Hibridizarea poate implica nu numai orbitalii s și p, ci și orbitalii d și f.

Cu hibridizarea sp 3 d 2 se formează 6 nori echivalenti. Se observă în compuși precum 4-, 4-. În acest caz, molecula are configurația unui octaedru:

Orez. 9 d 2 sp 3 -hibridare în ion 4-

Ideile despre hibridizare fac posibilă înțelegerea unor astfel de caracteristici structurale ale moleculelor care nu pot fi explicate în alt mod.

Hibridizarea orbitalilor atomici (AO) duce la o deplasare a norului de electroni în direcția formării de legături cu alți atomi. Ca urmare, suprafețele de suprapunere ale orbitalilor hibrizi se dovedesc a fi mai mari decât pentru orbitalii puri și puterea legăturii crește.

hibridizare sp3

sp 3 -Hibridizare - hibridizare, în care orbitali atomici ai unuia s- și trei p-electroni (Fig. 1).

Orez. 1. Educaţie sp 3-orbitali hibrizi

Patru sp Orbitalii 3-hibrizi sunt orientați simetric în spațiu la un unghi de 109°28" (Fig. 2).

Modelul atomic c sp 3-orbitali hibrizi

Configurația spațială a unei molecule al cărei atom central este format sp 3-orbitali hibrizi - tetraedru

Configurația spațială tetraedrică a unei molecule al cărei atom central este format sp 3-orbitali hibrizi

hibridizare atom de carbon orbital

Exemple de compuși care se caracterizează prin sp 3-hibridare: NH3, POCI3, S02F2, SOBr2, NH4+, H30+. Asemenea, sp 3-hibridarea se observă în toate hidrocarburile saturate (alcani, cicloalcani) și alți compuși organici: CH 4, C 5 H 12, C 6 H 14, C 8 H 18 etc. Formula generală a alcanilor: C n H 2n+ 2. Formula generală a cicloalcanilor este C n H 2n. În hidrocarburile saturate, toate legăturile chimice sunt simple, deci între orbitalii hibrizi ai acestor compuși numai la-suprapunere.

Formează o legătură chimică, de ex. Numai electronii nepereche pot crea o pereche de electroni comună cu un electron „străin” de la un alt atom. Când scrieți formule electronice, electronii nepereche sunt localizați unul câte unul într-o celulă orbitală.

Orbital atomic este o funcție care descrie densitatea norului de electroni în fiecare punct din spațiu din jurul nucleului atomic. Un nor de electroni este o regiune a spațiului în care un electron poate fi detectat cu o mare probabilitate.

Pentru a armoniza structura electronică a atomului de carbon și valența acestui element, se folosesc conceptele de excitare a atomului de carbon. În starea normală (neexcitată), atomul de carbon are două 2 nepereche r 2 electroni. Într-o stare excitată (când energia este absorbită) una din 2 s 2 electroni pot merge la liber r-orbital. Apoi patru electroni nepereche apar în atomul de carbon:

Să ne amintim că în formula electronica atom (de exemplu, pentru carbonul 6 C - 1 s 2 2s 2 2p 2) cifrele mari în fața literelor - 1, 2 - indică numărul nivelului de energie. Scrisori sŞi r indică forma norului de electroni (orbital), iar numerele din dreapta deasupra literelor indică numărul de electroni dintr-un orbital dat. Toate s- orbitali sferici

La al doilea nivel de energie, cu excepția 2 s-sunt trei orbitali 2 r-orbitali. Acestea 2 r-orbitalii au forma elipsoidala, asemanatoare ganterelor, si sunt orientati in spatiu la un unghi de 90° unul fata de celalalt. 2 r-Orbitalii indică 2 r X , 2r yși 2 r zîn conformitate cu axele de-a lungul cărora se află aceşti orbitali.

Forma și orientarea orbitalilor p-electronului

Când se formează legături chimice, orbitalii electronilor capătă aceeași formă. Astfel, în hidrocarburile saturate una s-orbitale si trei r-orbitalii atomului de carbon pentru a forma patru identici (hibrizi) sp 3-orbitali:

Aceasta - sp 3 -hibridarea.

Hibridizare- alinierea (amestecarea) orbitalilor atomici ( sŞi r) cu formarea de noi orbitali atomici numiti orbitali hibrizi.

Patru sp 3 -orbitalii hibrizi ai atomului de carbon

Orbitalii hibrizi au formă asimetrică, alungit spre atomul atașat. Norii de electroni se resping reciproc și sunt situati în spațiu cât mai departe unul de celălalt. În acest caz, axele de patru sp 3-orbitali hibrizi se dovedesc a fi îndreptate spre vârfurile tetraedrului (piramidă triunghiulară regulată).

În consecință, unghiurile dintre acești orbitali sunt tetraedrice, egale cu 109°28".

Vârfurile orbitalilor electronilor se pot suprapune cu orbitalii altor atomi. Dacă norii de electroni se suprapun de-a lungul unei linii care leagă centrele atomilor, atunci o astfel de legătură covalentă se numește sigma() - comunicare. De exemplu, în molecula de etan C 2 H 6, se formează o legătură chimică între doi atomi de carbon prin suprapunerea a doi orbitali hibrizi. Aceasta este o conexiune. În plus, fiecare dintre atomii de carbon cu cei trei ai săi sp 3-orbitali se suprapun cu s-orbitali a trei atomi de hidrogen, formând trei -legături.

Diagrama suprapunerii norilor de electroni într-o moleculă de etan

În total, sunt posibile trei stări de valență cu diferite tipuri de hibridizare pentru un atom de carbon. Cu excepţia sp 3-hibridarea există sp 2 - și sp-hibridizare.

sp 2 -Hibridizare- amestecarea unuia s- și doi r-orbitali. Ca urmare, se formează trei hibrizi sp 2 -orbitali. Aceste sp 2-orbitalii sunt localizați în același plan (cu axe X, la) și sunt direcționate către vârfurile triunghiului cu un unghi între orbitali de 120°. Nehibridizat r-orbitalul este perpendicular pe planul celor trei hibrizi sp 2-orbitali (orientați de-a lungul axei z). Jumătatea superioară r-orbitalii sunt deasupra planului, jumatatea inferioara este sub plan.

Tip sp Hibridizarea cu 2 atomi de carbon are loc în compușii cu dublă legătură: C=C, C=O, C=N. Mai mult decât atât, doar una dintre legăturile dintre doi atomi (de exemplu, C=C) poate fi o legătură -. (Ceilalți orbitali de legătură ai atomului sunt direcționați în direcții opuse.) A doua legătură se formează ca urmare a suprapunerii non-hibride r-orbitali de ambele părţi ale liniei care leagă nucleele atomice.

Orbitali (trei sp 2 și un p) atom de carbon în sp 2 -hibridizare

Legătură covalentă formată prin suprapunere laterală r-orbitalii atomilor de carbon vecini se numeste pi()-conexiune.

Educație – conexiuni

Datorită suprapunerii orbitale mai mici, legătura - este mai puțin puternică decât legătura -.

sp-Hibridizare- aceasta este amestecarea (alinierea în formă și energie) a unuia s- si unul r-orbitali pentru a forma doi hibrizi sp-orbitali. sp-Orbitalii sunt situati pe aceeasi linie (la un unghi de 180°) si dirijati in directii opuse fata de nucleul atomului de carbon. Două r-orbitalii raman nehibridati. Ele sunt așezate reciproc perpendicular pe direcțiile conexiunilor. In poza sp-orbitalii sunt prezentati de-a lungul axei y, iar cele două nehibridate r-orbitali- de-a lungul axelor XŞi z.

Orbitali atomici (două sp și doi p) ai carbonului în starea de hibridizare sp

O legătură triplă carbon-carbon CC constă dintr-o legătură formată prin suprapunere sp-orbitali hibrizi și două legături.

Structura electronică a atomului de carbon

Carbonul, care face parte din compușii organici, prezintă o valență constantă. Ultimul nivel de energie al atomului de carbon conține 4 electroni, dintre care doi ocupă orbitalul 2s, care are formă sferică, iar doi electroni ocupă orbitalul 2p, care are formă de gantere. Când este excitat, un electron din orbitalul 2s se poate deplasa către unul dintre orbitalii 2p liberi. Această tranziție necesită o anumită cheltuială de energie (403 kJ/mol). Ca rezultat, atomul de carbon excitat are 4 electroni nepereche și configurația sa electronică este exprimată prin formula 2s1 2p3.

Un atom de carbon în stare excitată este capabil să formeze 4 legături covalente datorită a 4 electroni proprii nepereche și a 4 electroni ai altor atomi. Astfel, în cazul hidrocarburei metanice (CH4), atomul de carbon formează 4 legături cu electronii s ai atomilor de hidrogen. În acest caz, ar trebui să se formeze 1 conexiune tip s-s(între electronul s al unui atom de carbon și electronul s al unui atom de hidrogen) și 3 legături p-s (între 3 electroni p ai unui atom de carbon și 3 electroni s ai 3 atomi de hidrogen). Aceasta duce la concluzia că cele patru legături covalente formate de un atom de carbon sunt inegale. Cu toate acestea, experiența practică în chimie indică faptul că toate cele 4 legături dintr-o moleculă de metan sunt absolut echivalente, iar molecula de metan are o structură tetraedrică cu unghiuri de legătură de 109°, ceea ce nu ar putea fi cazul dacă legăturile ar fi inegale. La urma urmei, doar orbitalii electronilor p sunt orientați în spațiu de-a lungul axelor reciproc perpendiculare x, y, z, iar orbitalul electronului s are o formă sferică, deci direcția de formare a unei legături cu acest electron ar fi fi arbitrar. Teoria hibridizării a putut explica această contradicție. L. Sondajul a sugerat că în orice moleculă nu există legături izolate unele de altele. Când se formează legături, orbitalii tuturor electronilor de valență se suprapun. Sunt cunoscute mai multe tipuri de hibridizare a orbitalilor de electroni. Se presupune că în molecula de metan și alți alcani intră în hibridizare 4 electroni.

Hibridarea orbitalilor atomilor de carbon

Hibridizarea orbitală este o modificare a formei și energiei unor electroni atunci când se formează o legătură covalentă, rezultând o suprapunere orbitală mai eficientă și o rezistență crescută a legăturii. Hibridizarea orbitalilor are loc întotdeauna atunci când electronii îi aparțin diverse tipuri orbitali. 1. sp 3 -hibridare (prima stare de valenţă a carbonului). În timpul hibridizării sp3, 3 orbitali p și un orbital s al unui atom de carbon excitat interacționează în așa fel încât orbitalii rezultați sunt absolut identici ca energie și situati simetric în spațiu. Această transformare poate fi scrisă astfel:

s + px+ py + pz = 4sp3

În timpul hibridizării, numărul total de orbitali nu se modifică, ci doar energia și forma acestora se modifică. Se arată că orbitalii de hibridizare sp3 seamănă cu o figură opt tridimensională, una dintre lamele cărora este semnificativ mai mare decât cealaltă. Cei patru orbitali hibrizi sunt extinși de la centru până la vârfurile unui tetraedru regulat la unghiuri de 109,50. Legăturile formate de electroni hibrizi (de exemplu, o legătură s-sp 3) sunt mai puternice decât legăturile formate de electroni p nehibridați (de exemplu, o legătură s-p). întrucât orbitalul hibrid sp3 oferă suprafata mare suprapunerea orbitalilor de electroni decât un orbital p nehibridizat. Moleculele în care are loc hibridizarea sp3 au o structură tetraedrică. Acestea, pe lângă metan, includ omologi de metan, molecule anorganice precum amoniacul. Figurile arată un orbital hibridizat și o moleculă de metan tetraedrică. Legăturile chimice care apar în metan între atomii de carbon și hidrogen aparțin legăturilor y de tip 2 (legatură sp3 -s). În general, orice legătură sigma se caracterizează prin faptul că densitatea electronică a doi atomi interconectați se suprapune de-a lungul liniei care leagă centrele (nucleele) atomilor. Legăturile y corespund gradului maxim posibil de suprapunere a orbitalilor atomici, deci sunt destul de puternice. 2. hibridizare sp2 (a doua stare de valență a carbonului). Apare ca urmare a suprapunerii a unui orbital 2s și a doi orbitali 2p. Orbitalii sp2-hibrizi rezultați sunt localizați în același plan la un unghi de 1200 unul față de celălalt, iar orbitalul p nehibridizat este perpendicular pe acesta. Număr total Orbitalii nu se schimbă - sunt patru dintre ei.

s + px + py + pz = 3sp2 + pz

Starea de hibridizare sp2 apare în molecule de alchenă, în grupări carbonil și carboxil, adică. în compuşi care conţin o legătură dublă. Astfel, în molecula de etilenă, electronii hibridizați ai atomului de carbon formează 3 legături y (două legături de tip sp 2 -s între atomul de carbon și atomii de hidrogen și o legătură de tip sp 2 -sp 2 între atomii de carbon). Electronul p nehibridizat rămas al unui atom de carbon formează o legătură p cu electronul p nehibridizat al celui de-al doilea atom de carbon. Trăsătură caracteristică O legătură p este că suprapunerea orbitalilor de electroni are loc în afara liniei care leagă cei doi atomi. Suprapunerea orbitalilor are loc deasupra și sub legătura y care leagă ambii atomi de carbon. Astfel, o legătură dublă este o combinație de legături y și p. Primele două figuri arată că în molecula de etilenă unghiurile de legătură dintre atomii care formează molecula de etilenă sunt 1200 (corespunzând orientării spațiale a celor trei orbitali hibrizi sp2). A treia și a patra figură arată formarea unei legături p. etilenă (formarea de legături y) etilenă (formarea de legături pi) Deoarece aria de suprapunere a orbitalilor p nehibridați din legăturile p este mai mică decât aria de suprapunere a orbitalilor din legăturile y, legătura p este mai puțin puternic decât legătura y și este mai ușor de spart V reactii chimice. 3. sp-hibridare (a treia stare de valență a carbonului). În starea de hibridizare sp, atomul de carbon are doi orbitali sp-hibrizi situati liniar la un unghi de 1800 unul față de celălalt și doi orbitali p nehibridați situati la doi orbitali reciproc. planuri perpendiculare. sp- Hibridizarea este tipică pentru alchine și nitrili, adică. pentru compușii care conțin o legătură triplă.

s + px + py + pz = 2sp + py + pz

Astfel, într-o moleculă de acetilenă, unghiurile de legătură dintre atomi sunt 1800. Electronii hibridizați ai unui atom de carbon formează 2 legături y (o legătură sp-s între un atom de carbon și un atom de hidrogen și o altă legătură sp-sp între atomi de carbon. Doi electroni p nehibridați ai unui atom de carbon formează două legături p cu electroni p nehibridați al doilea atom de carbon Suprapunerea orbitalilor p-electronului are loc nu numai deasupra și sub legătura y, ci și în față și în spate, iar norul total de electroni p are o formă cilindrică , tripla legătură este o combinație de o legătură y și două legături p Prezența a două legături p mai puțin puternice în molecula de acetilenă asigură capacitatea acestei substanțe de a intra în reacții de adiție cu clivajul triplei legături.

Concluzie: hibridizarea sp3 este caracteristică compușilor de carbon. Ca urmare a hibridizării unui orbital s și a trei orbitali p, se formează patru orbitali hibrizi sp3, îndreptați către vârfurile tetraedrului cu un unghi între orbitali de 109°.

Instrucţiuni

Luați în considerare molecula celei mai simple hidrocarburi saturate, metanul. Arata cam asa: CH4. Modelul spațial al moleculei este un tetraedru. Atomul de carbon formează legături cu patru atomi de hidrogen care sunt exact la fel ca lungime și energie. În ele, conform exemplului de mai sus, participă 3 – P electroni și 1 S – electron, al căror orbital a început să corespundă exact cu orbitalii celorlalți trei electroni ca urmare a evenimentului. Acest tip de hibridizare se numește hibridizare sp^3. Este inerent în toate ultimele.

Dar cel mai simplu reprezentant al compușilor nesaturați este etilena. Formula sa este următoarea: C2H4. Ce tip de hibridizare este inerent carbonului din molecula acestei substanțe? Ca rezultat, trei orbitali sunt formați sub formă de „cifre opt” asimetrice situate în același plan la un unghi de 120 ^ 0 unul față de celălalt. Au fost formați din 1 – S și 2 – P electroni. Ultimul al 3-lea electron P nu și-a modificat orbital, adică a rămas sub forma unui „opt” obișnuit. Acest tip de hibridizare se numește hibridizare sp^2.

Cum se formează legăturile într-o moleculă? Doi orbitali hibridizați ai fiecărui atom au intrat în contact cu doi atomi de hidrogen. Al treilea orbital hibridizat a format o legătură cu același orbital al altuia. Și orbitalii P rămași? Ei „s-au atras” unul de celălalt de ambele părți ale planului moleculei. S-a format o legătură între atomii de carbon. Sunt atomi cu o legătură „dublă” care se caracterizează prin sp^2.

Ce se întâmplă într-o moleculă de acetilenă sau? Formula sa este următoarea: C2H2. În fiecare atom de carbon, doar doi electroni sunt supuși hibridizării: 1 -S și 1 -P Cei doi rămași rețin orbitalii sub formă de „opt regulați”, suprapunându-se în planul moleculei și pe ambele părți ale acesteia. De aceea, acest tip de hibridizare se numește sp - hibridizare. Este inerent atomilor cu o legătură triplă.

Toate cuvinte, existent într-o anumită limbă, poate fi împărțit în mai multe grupuri. Acest lucru este important în determinarea atât a sensului, cât și a funcțiilor gramaticale cuvinte. Atribuind-o unui anumit tip, îl poți modifica conform regulilor, chiar dacă nu l-ai mai văzut până acum. Tipuri de elemente cuvinte Lexicologia se ocupă de compunerea limbajului.

vei avea nevoie

• - text;
• - dictionar.

Instrucţiuni

Selectați cuvântul al cărui tip doriți să determinați. Apartenența sa la una sau alta parte de vorbire nu joacă încă un rol, la fel ca forma și funcția sa într-o propoziție. Poate fi absolut orice cuvânt. Dacă nu este indicat în sarcină, notează-l pe primul pe care îl întâlnești. Stabiliți dacă denumește un obiect, calitate, acțiune sau nu. Pentru acest parametru totul cuvinte se împart în nominativ, pronominal, numeral, auxiliar și interjecțional. La primul tip includ substantive, adjective, verbe și . Sunt nume de obiecte, calități și acțiuni. Al doilea tip de cuvinte care au o funcție de denumire este pronominal. Capacitatea de a numi este absentă în tipurile , interjecție și servicii. Acestea sunt grupuri relativ mici de cuvinte, dar sunt în toată lumea.

Stabiliți dacă cuvântul dat este capabil să exprime conceptul. Această funcție este disponibilă pentru cuvinte unități de tip denominatoriu, deoarece ele formează seria conceptuală a oricărei limbi. Cu toate acestea, orice număr aparține, de asemenea, categoriei de concepte și, în consecință, poartă și această funcție. Cuvintele funcționale au și ele, dar pronumele și interjecțiile nu.

Luați în considerare cum ar fi cuvântul dacă ar fi într-o propoziție. Ar putea fi? Poate fi orice cuvânt semnificativ. Dar atât numeralul cât și numeralul au această posibilitate. Dar cele oficiale cuvinte joacă un rol auxiliar, nici subiect, nici, nici membri minori Nu pot fi propoziții, la fel ca interjecțiile.

Pentru comoditate, puteți crea un tabel de patru coloane și șase rânduri. Pe rândul de sus, etichetați coloanele corespunzătoare „Tipuri de cuvinte”, „Denumire”, „Concept” și „Poate face parte dintr-o propoziție”. În prima coloană din stânga, scrieți numele tipurilor de cuvinte, sunt cinci. Determinați ce funcții are un anumit cuvânt și care nu. Pune plusuri și în coloanele corespunzătoare. Dacă toate cele trei coloane conțin plusuri, atunci acesta este un tip semnificativ. Plusurile pronominale vor apărea în prima și a treia coloană, în a doua și a treia. Serviciu cuvinte pot exprima doar un concept, adică au un plus în a doua coloană. Vizavi de interjecțiile din toate cele trei coloane vor exista minusuri.

Video pe tema

Hibridizarea este procesul de obținere a hibrizilor - plante sau animale rezultate în urma încrucișării soiuri diferite si rasele. Cuvântul hibrid (hibrida) cu limba latină tradus prin „amestec”.

Hibridare: naturală și artificială

Procesul de hibridizare se bazează pe combinarea materialului genetic din diferite celule de la diferiți indivizi într-o singură celulă. Există o distincție între intraspecific și distant, în care are loc legătura dintre diferiți genomi. În natură, hibridizarea naturală a avut loc și continuă să aibă loc fără intervenția omului. Prin încrucișarea în cadrul unei specii, plantele s-au schimbat și s-au îmbunătățit și au apărut noi soiuri și rase de animale. Din punct de vedere, se produce hibridizarea ADN-ului, acizilor nucleici, modificări la nivel atomic și intra-atomic.

În chimia academică, hibridizarea se referă la interacțiunea specifică a orbitalilor atomici în moleculele materiei. Dar acesta nu este un proces fizic real, ci doar un model ipotetic, concept.

Hibrizi în producția de culturi

În 1694, omul de știință german R. Camerarius a propus producerea artificială. Și în 1717, englezul T. Fairchild a încrucișat pentru prima dată diferite tipuri de garoafe. Astăzi, hibridizarea intraspecifică a plantelor se realizează pentru a obține un randament ridicat sau adaptat, de exemplu, soiuri rezistente la îngheț. Hibridizarea formelor și soiurilor este una dintre metodele de ameliorare a plantelor. În acest fel, au fost create un număr mare de soiuri moderne de culturi agricole.

În timpul hibridizării la distanță, când reprezentanții sunt încrucișați diferite tipuri iar genomi diferiți sunt combinați, hibrizii rezultați în majoritatea cazurilor nu produc descendenți sau produc încrucișări de calitate scăzută. De aceea, nu are rost să lași semințele de castraveți hibrizi coapte în grădină și să le cumperi semințele de fiecare dată într-un magazin specializat.

Cresterea la animale

În lume are loc și hibridizarea naturală, atât intraspecifică, cât și la distanță. Catârii erau cunoscuți de om cu două mii de ani înaintea erei noastre. Și în zilele noastre se folosesc catârul și bardoiul gospodărie ca un animal de lucru relativ ieftin. Adevărat, o astfel de hibridizare este interspecifică, deci hibrizii masculi se nasc neapărat sterili. Femelele foarte rar pot da naștere urmași.

Un catâr este un hibrid dintre o iapă și un măgar. Hibridul obținut prin încrucișarea unui armăsar și a unui măgar se numește hibrid. Catârii sunt crescuți special. Sunt mai înalți și mai puternici decât un bardoc.

Dar încrucișarea unui câine domestic cu un lup era o activitate foarte comună printre vânători. Apoi, descendenții rezultati au fost supuși unei selecții ulterioare, ducând la crearea de noi rase de câini. Astăzi, selecția animalelor este o componentă importantă a succesului industriei zootehnice. Hibridizarea se realizează intenționat, concentrându-se pe parametri specificați.