Продължи. Начало виждам в № 15, 16/2004

Урок 5. Хибридизация
Атомни орбитали на въглерод

Ковалентна химична връзка се формира с помощта на общи свързващи електронни двойки по вид:

Образуват химическа връзка, т.е. Създайте обща електронна двойка с "чуждестранен" електрон от друг атом, само неспарените електрони. Открити електрони при запис на електронни формули са разположени един в орбита.
Атомски орбитал. - Това е функция, която описва плътността на електронния облак във всяка точка на пространството около ядрото на атом. Електронният облак е пространствено място, в което един електрон може да бъде открит с висока вероятност.
За координация електронна структура Въглеродният и валентният атом на този елемент използва идеи за възбуждането на въглеродния атом. При нормално (неизследвано) състояние въглеродният атом има два несвързани 2 r. 2 -Електрон. В възбуденото състояние (при поглъщане на енергия) един от 2 с. 2 -Електроните могат да отидат безплатно r.-Орбитал. След това четири несвързани електрона се появяват в въглеродния атом:

Припомнете, че в електронната формула на атома (например за въглерод 6 C - 1 с. 2 2с. 2 2пс. 2) големи числа Пред буквите - 1, 2 - посочете номера на енергийното ниво. Писма с. и r. Посочете формата на електронен облак (орбитал) и числата в правото над буквите говорят за броя на електроните на този орбитал. Всичко с.- сферични:

На второто енергийно ниво, с изключение на 2 с.-Exted три 2. r.-. Тези 2. r.- избягване на елипсоидна форма, подобна на гири и са ориентирани в пространството под ъгъл от 90 ° един към друг. 2. r.--ЮБИТАЛИ означават 2. r h., 2р Y. и 2. z Z. В съответствие с осите, по които се намират тези орбита.

При формирането на химични облигации електронните орбитали придобиват същата форма. Така че в крайните въглеводороди се смесва самостоятелно с.-Орбитал и три. r.-Evuboli въглероден атом с образуването на четири идентични (хибрид) шпионка 3-ербитално:

То - шпионка 3-хибридизация.
Хибридизация - подравняване (смесване) на атомни орбитали ( с. и r.) с образуването на нови атомни орбитали хибридни орбитали.

Хибридните орбитали имат асиметрична форма, удължена към прикрепения атом. Електронните облаци са взаимно отблъсквани и се намират в пространството толкова далеч един от друг. С тази ос четири шпионка3-хибридни орбитали Оказва се, че се насочва към върховете на тетраедрона (правилна триъгълна пирамида).
Съответно, ъглите между тези орбита са тетраедрични, равни на 109 ° 28.
Версиците на електронните орбитали могат да се припокриват с орбитали на други атоми. Ако електронните облаци се припокриват през линията, свързваща центровете на атомите, тогава такава ковалентна връзка се нарича sigma () - Комуникация. Например, в етанова молекула С2Н6, химична връзка се образува между два въглеродни атома чрез припокриване на две хибридни орбитали. Това е изключено. В допълнение, всеки от въглеродните атоми в трите си шпионка 3 OUTBIDS се припокрива с с.-Вюбители на три водородни атома, образуващи три средства.

Общо, са възможни три валенска държава с различни видове хибридизация за въглеродния атом. Освен това шпионка 3-хибридизацията съществува шпионка 2 - I. шпионка-хибридизация.
шпионка 2 -Хибридизация - смесване на един с.- и две. r.--Убедити. В резултат на това се образуват три хибрида. шпионка 2 - Господи. Тези шпионка 2 офертите са разположени в една и съща равнина (с оси х., w.) И насочени към върховете на триъгълника с ъгъл между орбиталите 120 °. Неспокойни
r.-Орбитал е перпендикулярно на равнината на три хибрида шпионка 2 -oRbital (ориентиран по оста z.). Горна половина r.- Любимост се намират над равнината, долната половина е под равнината.
Тип шпионка 2 въглеродна хибридизация се среща в съединения с двойна връзка: С \u003d С, С \u003d О, С \u003d N. Освен това, само една от връзките между два атома (например, С \u003d С) може да бъде означава. (Други задължителни орбитални атоми са насочени към противоположни страни.) Втората връзка се формира в резултат на припокриване на нехибид r.-Обитали от двете страни на линията, свързващи ядрата на атомите.

Ковалентна връзка, образувана от странично припокриване r.- избягване на съседни въглеродни атоми, наречени pI () - Комуникация.

Образование - Комуникация

Благодарение на по-малкото припокриване на орбиталите, има по-малко траен, отколкото -це.
шпионка-Хибридизация - това е смесване (подравняване във форма и енергия) с- и едно
r.- избягване с образуването на два хибрида шпионка--Убедити. шпионка-Итатели са разположени на една и съща линия (под ъгъл от 180 °) и изпратени до противоположни страни От ядрото на въглеродния атом. Две
r.- Участниците остават споменати. Те са публикувани взаимно перпендикулярни
Указания - Комуникации. На изображението шпионка-Eevubitals са показани по оста y.и не споменатите две
r.Eevubitaly по осите х. и z..

Тройната въглеродна въглеродна връзка на СС се състои от връзка, произтичаща от припокриване
sp.--Хибридни орбитали и две легла.
Обръщането на такива параметри на въглеродния атом, като броя на приложените групи, се образуват вида хибридизация и типове химични връзки, е показана в Таблица 4.

Таблица 4.

Ковалентни въглеродни връзки

Брой групи Свързани С въглерод	Тип Хибридизация	Видове участие Химически връзки.	Примери за формули за съединения
4	sp. 3	Четири връзки
3	sp. 2	Три - връзки и Един - звук
2	sp.	Две връзки И две легла	H-CC-H

Упражнения.

1. Какви електрони на атомите (например въглерод или азот) се наричат \u200b\u200bнесвързани?

2. Какво означава концепцията за "общи електронни двойки" в връзките с ковалентна връзка (например, CH4 илиH2 S. )?

3. Какви електронни състояния на атоми (например с илиН. ) Обадете се на Basic и какво е развълнуван?

4. Какво означават номерата и буквите в електронната формула (например с илиН. )?

5. Какво представлява атомният орбитал? Колко орбитали на второто енергийно ниво на атома с и как се различават?

6. Каква е разликата между хибридните орбитали от първоначалните орбитали, от които те са били формирани?

7. Какви видове хибридизация са известни с въглеродния атом и какво ще направят?

8. Начертайте снимка на пространственото подреждане на орбиталите за едно от електронните състояния на въглеродния атом.

9. Какви химични връзки се наричат и какво? Посочете- и-комуникации в връзките:

10. За въглеродните атоми по-долу, посочете: а) вида на хибридизацията; б) видовете химически облигации; в) ъгли на валентност.

Отговори на упражнения към темата 1

Урок 5.

1. Електроните, които са разположени един по орбитали, се наричат несвързани електрони. Например, в електронната формула на възбудения въглероден атом - четири несвързани електрона и в азотния атом - три:

2. Два електрона, участващи в образуването на едно химическа връзка., Обади се обща електронна двойка. Обикновено преди образуването на химична връзка, един от електроните на тази двойка принадлежи на един атом, а другият електрон е друг атом:

3. Електронно състояние на атом, в който се наблюдава процедурата за запълване на електронни орбитали: 1 с. 2 , 2с. 2 , 2пс. 2 , 3с. 2 , 3пс. 2 , 4с. 2 , 3д. 2 , 4пс. 2 и т.н., извикани основно състояние. В възбудена държава Един от валенските електрони на атома заема свободна орбитална с по-висока енергия, такъв преход е придружен от прекъсване на сдвоените електрони. Схематично, тя е написана така:

Докато в основното състояние имаше само две валентни замъглени електрони, тогава четири от тези електрона се превръщат в възбуденото състояние.

5. Atomic Orbital е функция, която описва плътността на електронния облак във всяка точка на пространството около ядрото на този атом. Във второто енергийно ниво на въглеродния атом четири орбитали - 2 с., 2r X., 2р Y., 2z Z.. Тези орбиталита се различават:
а) форма на електронен облак ( с. - топка, r. - DUMBBELL);
б) r.-Обитали има различна ориентация в пространството - по взаимно перпендикулярни оси х., y. и z.те са обозначени r X., р Y., z Z..

6. Хибридните орбитали се различават от първоначалната (нелиберална) орбитална форма и енергия. Например, с.-Орбитал - форма на сфера, \\ t r. - симетрични осем, sp.--Хибрид орбитал - асиметричен осем.
Енергийни разлики: Д.(с.) < Д.(шпионка) < Д.(r.). По този начин, sp.-Вбитал - орбитална средна и енергия, получена чрез смесване на източник с.- и пс.--Убедити.

7. За въглеродния атом са известни три вида хибридизация: sp. 3 , sp. 2 I. sp. (вижте текстовия урок 5).

9. -SVYAZ е ковалентна връзка, образувана от фронталното припокриване на орбитали по линията, свързваща центровете на атомите.
- ковалентни облигации, образувани от странично припокриване r.-Rebitali от двете страни на линията, свързваща центровете на атомите.
- Комуникациите показват второто и третото тире между свързаните атоми.

Да се \u200b\u200bобяснят фактите, когато атом образува по-голям брой облигации, отколкото броя на неспарените електрони в основното му състояние (например въглероден атом), постулата на хибридизацията на ядрените орбитали, близки от енергията. Хибридизацията на АО възниква при образуването на ковалентна връзка, докато се постига по-ефективно припокриване на орбитал. Хибридизацията на въглеродния атом е придружена от нейното възбуждане и прехвърляне на електрон от 2S- с 2 R-Ao:

АД с голяма разлика в енергията (например, 1S и 2 p) в хибридизацията не влизат. В зависимост от броя на хората, участващи в хибридизацията, са възможни следните видове хибридизация: за въглерод и азотни атоми - SP3, SP2 и SP; за кислороден атом - SP3, SP2; За халоген - SP3.

SP3-хибридните орбитали са насочени към върховете на правилния тетраедър. Тетрахедният ъгъл между тях е 109 ° 28 ", който съответства на най-ниската енергия на отблъскването на електроните.

SP2 хибридизацията (плоско-тригонална) една S- и две р-орбитала се смесват и се образуват три еквивалентни SP2-хибридни орбитала, разположени в една равнина под ъгъл от 120 °, те могат да образуват три S-връзки. Третият P-Orbital остава непознатата и ориентирана перпендикулярна на равнината на хибридните орбитали. Този R-AO участва в образуването на P-комуникации.

Този урок ще ви помогне да получите представа за темата "геометрия на молекулите. Концепцията за теория на хибридизация ". Универсалният характер на хибридизационния процес за органичен комплекс ще бъде разкрит. неорганични вещества и анотропни въглеродни модификации. Ще научите за зависимостта на геометрията на молекулите върху вида на хибридизацията на електронни орбитали и свойства на вещества от геометрията на молекулите.

Тема: Въведение в органичната химия

Урок: Геометрия на молекулите. Концепцията за теорията на хибридизацията

при примера на молекули с единични връзки

Външно ниво въглероден атом основно (неизправда) Описва 2S 2 2P 2 формула или схема:

2 с.

В тази структура предпоставките за особени симетричност - За четири електрона има 4 орбитала. В средата на 19-ти век германският учен Фридрих Кекуле доста предположи, че в органични съединения въглеродната валентност е четири.

От гледна точка на електронната структура на атома може да се обясни, както следва:

Един електрон с 2-те орбитали "скача" до 2p орбитал, въглерод във времето преминава в така нареченото възбудено състояние:

Възбудено състояние на атом Въглероден 2S 1 2P 3:

2 с.

позволява въглероден атом да образува 4 ковалентни връзки върху механизма за обмен.

Три p-орбитали традиционно изобразяват под формата на взаимно перпендикулярно един на друг "гири", а S-орбиталът е във формата на топка. Три връзки, образувани от P-електрона, трябва да бъдат разположени под ъгъл от 90 o един към друг и те са много по-дълги от връзката, образувана от S-електрона. Но метан СН 4 е симетричен тетраедър.

Обратно през 1874 г., много години, преди да стане възможно директна дефиниция Структурите на молекулите, Jacob Herrik Vant-Hoff (1852-1911), като студент на Украяния университет, предполагат, че въглеродният атом в съединенията има тетраедрена структура. Структурата на метан молекулите СН 4 е правилният тетраедър с въглероден атом в центъра. Леенни ъгли n-S-N връзки равен на 109 о 28 ".

Опростено обяснение: всички нива на въглерод в орбиталната въглерод са подравнени с енергия и форма, смесени, т.е. "Хибридизира", образувайки същите хибридни орбитали. Виж фиг. един.

Фиг. 1. Хибридизацията се смесват електронни облаци при образуването на химически връзки

Смесване нечий.-Орбиталии I. три П.- избягали четири SP 3.--Хибридните орбитали се удължаваха в ъглите на тетраедъра с атом с в центъра. Въглеродът в метан е в състояние на SP 3-хибридизация. Фиг. 2.

Фиг. 2. Структура на метан

Структурата на амоняка

По същия начин, четири орбитални азотни атома в амоняк NH 3 молекула: В азотния атом 5 електрона на външното ниво. Ето защо, на един SP3, има двойка електрони, а от другите три - електронни двойки n-H облигации. Всичките четири електронни двойки са разположени в ъглите на изкривен тетраедър (електронният облак от индивидураната двойка е повече от обвързващ). Фиг. 3.

Фиг. 3. структурата на амоняка

Структура на водата

На кислородния атом 6 електрони на външното ниво. Ето защо, на два SP 3-компатла, има парни двойки електрони, а от другите две - електронни двойки O-H връзки. Молекулата има ъглова структура. Фиг. четири.

Фиг. 4. Водна структура

С този анализ на структурата на молекулите е важно да не се бърка от геометрията на местоположението в пространството на електронните двойки и геометрията на химическите облигации. Виждаме, че в амоняк и вода, не всички електронни двойки участват в образуването на химични връзки.

Геометрията на молекулите или химичните връзки се счита за точно подреждането на атомите в пространството, без да се описва местоположението на уязвимите електронни двойки. Електронните облаци на хибридни орбитали се опитват, доколкото е възможно, да се изтласкат един от друг. Ако облаците са четири, те изчезват в ъглите на тетраедрона, три са ароматизирани в равнина под ъгъл от 120 °.

Структурата на молекулатаBF 3.

На външното ниво на атом на бор и колона 3. При формирането на облигации, както и въглерод, отива в възбудено състояние. Един S- и две P-орбитали, на които има електрони, хибридизират, образуват три идентични SP 2-хибридни орбитали, разположени под ъглите на равностранения триъгълник с борния атом в центъра. Фиг. пет

Фиг. 5. Изградете три борона флуорид

Изход: Геометрията на молекулите разглежда местоположението на атомите в пространството, без да се описва местоположението на уязвимите електронни двойки. Така структурата на водна молекула, състояща се от три атома, не е тетраедрат, но ъглово.

Обобщаване на урок

Получихте представа за темата "геометрия на молекулите. Концепцията за теория на хибридизация ". Универсален характер на хибридизационния процес за органични, сложни неорганични вещества и аулотропни въглеродни модификации. Научихте за зависимостта на геометрията на молекулите върху вида на хибридизацията на електронни орбитали и свойства на вещества от геометрията на молекулите.

Библиография

1. RUDZITIT G.E. Химия. Основи на общата химия. Клас 10: Урок за общи образователни институции: Основно ниво / G. E. RUDZIIT, F.G. Фелдман. - 14-то издание. - m.: Просвещение, 2012.

2. Химия. 10 клас. Ниво на профила: проучвания. За общо образование. Институции / V.V. Eremin, n.e. Кузменко, v.v. Lunin et al. - m.: Drop, 2008. - 463 p.

3. Химия. 11 клас. Ниво на профила: проучвания. За общо образование. Институции / V.V. Eremin, n.e. Кузменко, v.v. Лунин и др. - m.: Drop, 2010. - 462 стр.

4. Homchenko G.P., Khomchenko i.g. Събиране на задачи по химия за влизане в университети. - 4-ти Ед. - м.: РИА "Нова вълна": издател надънични, 2012. - 278 стр.

Домашна работа

1. №№ 1-3 (стр. 22) Rudzitis G.E. , Feldman F.G. Chimiya: органична химия. Клас 10: Урок за общообразователни институции: Основно ниво / G. E. RUDZIIT, F.G. Фелдман. - 14-то издание. - m.: Просвещение, 2012.

2. Защо, с един и същ вид хибридизация (която?), Молекулите на метан и амоняк имат различна пространствена структура?

3. Какво е основното състояние на въглеродния атом от развълнуваните?

За да се насладите на преглед на презентации, създайте себе си профил (акаунт) Google и влезте в него: https://accounts.google.com

Подписи за слайдове:

Хибридизация на атомни орбитали

Линус Карл Полинер

Хибридизацията на атомните орбитали е промяна във формата и енергията на атом орбиталите, когато се образува ковалентна връзка за постигане на по-ефективно припокриване на орбитал.

Различни орбитали, които са малко по-различни с енергиите, образуват подходящ брой хибридни орбитали. Броят на хибридните орбитали е равен на броя на атомните орбитали, участващи в хибридизация. Хибридните орбитали са едни и същи под формата на електронен облак и енергия.

При хибридизация участват не само свързващи електрони, но и уязвимите електронни двойки.

В сравнение с атомните орбитали, хибридът е по-удължен по посока на образуването на химични връзки и следователно определят най-доброто припокриване на електронни облаци.

Хибридният орбитал е по-опънат от едната страна на ядрото от другата.

Координация. Брой пространствена конфигурация на хибридизацията на молекулата, чиято централен атом се подлага на хибридизация на атомите в молекулата примери на съединения 2, линеен бекс 2, СО2, HCN 3 SP2 тригонален BF3, BCL3, \\ t № 3 -, HGI 3 -, CDC13 - 4 SP3 тетраедричен CH 4, CCI 4, XEO 4, HGI 4 -, \\ t

sP-Hybridization е хибридизация, в която участват атомни орбитали на един S - и един P електрон.

В процеса на хибридизация се образуват 2 хибридни орбитали, които са насочени един към друг под ъгъл от 180 °

Идеята за SP-хибридизация на орбиталната може да се приложи, за да се обясни линейната форма на молекулата на БЕХ 2, в която берилиевият атом се формира от хибрид sp -Orbital.

За окабеляването на берилиев флуоридна молекула. Всеки флуорен атом, който е част от тази молекула, има един несвратен електрон, който участва в образуването на ковалентна връзка.

Берилият атом в неодобченото състояние на неспарените електрони няма: следователно, да участва в образуването на химични облигации, атом берилий трябва да отиде на възбуденото състояние:

по време на цената на някаква енергия, вместо началните S - и P-орбитали на берилий атом, могат да се образуват два еквивалентни хибридни орбитали (SP - Orbitals).

Примери химични съединенияЗа които се характеризира SP-хибридизацията: BECL 2, BEH 2, CO, CO 2, HCN, карабини, ацетиленови въглеводороди (алкини).

sP 2 - Хибридизация - хибридизация, в която участват атомни орбитали на един S - и два P elektrons

В резултат на хибридизацията се образуват три хибридни SP 2 орбитала, разположени в една и съща равнина под ъгъл от 120 ° един към друг.

Този тип хибридизация се наблюдава в молекулата BCL 3.

sP2 е хибридизацията на борния атом в молекулата на борната флуорид. Тук, вместо първоначалните S - и две P-орбитали на възбудения борн атом

образуват се три справедливи SP 2 - орбитали. Следователно молекулата е конструирана под формата на подходящ триъгълник, в центъра на който е борен атом и във върховете на флуорните атоми.

Примери за съединения, в които се наблюдават 2-хибридизацията на SP: SO3, BCL3, BF3, А1С13, СОз 2-, NO 3 -, графит, етилен въглеводороди (алкени), карбоксилни киселини и. \\ T ароматни въглеводороди (Арена).

sP 3 - Хибридизация - хибридизация, в която участват атомни орбитали от един S - и три P -ELECTRONS

Четири SP 3-хибридни орбитали са симетрично ориентирани в пространството под ъгъл от 109 ° 28 "

пространствената конфигурация на молекулата съответства на тетраедър, зависи от броя на атомите в молекулата. Пример за това е водните молекули и амоняян 3.

Валанността на азотния атом - III, нейните пет електрона на външното ниво заемат четири орбитали, което означава, че видът на хибридизацията е SP 3, но само три орбитала участват в образуването на химична връзка. Тетраедър без един връх се превръща в пирамида. Следователно, амонячната молекула има пирамидална форма на молекула, ъгълът на комуникация е изкривен до 107 ° 30 '.

кислород във водната молекула е в SP 3 хибридно състояние, а формата на молекулата е ъглов, ъгълът на комуникация е 104 ° 27 '.

Примери за съединения, за които се характеризира SP 3-хибридизацията: Н20, NH3, POCL3, S02F2, SOBR2, NH4 +, Н3О +, диамант, ограничава въглеводороди (алкани, циклоалкани).