Jätkas. Algus näha № 15, 16/2004

Õppetund 5. Hübridisatsioon
Süsiniku aatomi orbitaalid

Kovalentne keemiline side on moodustatud üldise siduva elektrooniliste paaride abil:

Moodustavad keemilise ühenduse, st. Looge ühine elektronpaar "välisriigi" elektroniga teise aatomiga, ainult paarideta elektronid. Elektrooniliste valemite salvestamisel asuvad ühekordsed elektroonilised elektronid asuvad orbiidil.
Aatomi orbitaal - See on funktsioon, mis kirjeldab elektroonilise pilve tihedust aatomi tuuma ümber ümbritseva ruumi igas punktis. Elektrooniline pilv on ruumi ala, kus elektroni saab tuvastada suure tõenäosusega.
Koordineerimiseks elektrooniline struktuur Selle elemendi süsiniku ja valentsi aatom kasutab ideid süsinikuaatomi ergutamise kohta. Tavalises (kasutamata) seisundis on süsinikuaatomil kaks paaritu 2 riba 2 -Electron. Põnevil olekus (energia neelamisel) üks 2-st s. 2 -Elektronid võivad minna tasuta riba-ORBITAL. Seejärel ilmuvad süsinikuaatomi neli paarismata elektroni:

Tuletame meelde, et aatomi elektroonilises valemis (näiteks süsiniku 6 C - 1 jaoks s. 2 2s. 2 2p. 2) suured numbrid Kirjade ees - 1, 2 - märkige energia taseme arv. Kirjad s. ja riba Märkida elektroonilise pilve kujul (orbitaal) ja kirjad paremal asuvad numbrid räägivad selle orbiidi elektronide arvust. Kõik s.-Vurbitals sfääriline:

Teisel energiatasandil, välja arvatud 2 s.-Exted kolm 2 riba-Libed. Need 2 riba-Vubitals on ellipsoidi vorm, mis on sarnane hantlitena ja on orienteeritud ruumis 90 ° nurga all. 2. riba-Vubitals tähistavad 2. r H., 2p y ja 2 p Z. Vastavalt nende orbitaalsetele asuvatele telgedele.

Keemiliste sidemete moodustamisel omandavad elektroonilised orbitaalid sama vormi. Niisiis on Süsivesinikud üksi segatud s.-Orbitaal ja kolm riba-Eevuboli süsinikuaatomi moodustamise nelja identse (hübriid) spik 3 -ORBITAL:

See - spik 3-hübridisatsioon.
Hübridisatsioon - aatomi orbitaalsete joondamine (segamine) s. ja riba) kutsutakse uusi aatomi orbitaale hübriid orbitaalid.

Hübriid orbitaalidel on asümmeetriline kuju, mis on pikendatud kinnitatud aatomi suunas. Elektroonilised pilved on vastastikku tõrjuvad ja asuvad ruumis nii kaugel üksteisest eemal. Selle teljega neli spik3-hübriid orbitaalid Selgub olema suunatud tipradedroni ülaosadele (õige kolmnurkpüramiid).
Sellest tulenevalt on nende orbitaalsete vahelised nurgad tetraeedraalid, mis on 109 ° 28.
Elektrooniliste orbitaalide tipud võivad kattuvad teiste aatomite orbitaalidega. Kui elektroonilised pilved kattuvad aatomite keskuste ühendamisel, siis nimetatakse sellist kovalentset ühendust sigma () - kommunikatsioon. Näiteks etaanimolekulis C2H6 moodustatakse keemiline side kahe süsinikuaatomi vahel, kattudes kahe hübriidse orbitaalide kattudes. See on välja lülitatud. Lisaks kõik süsinikuaatomid kolme spik 3 Outbide kattuvad s.-Vüdrogeeni aatomi -vubitals, moodustades kolm vahendit.

Kokku on süsinikuaatomi jaoks võimalik erinevate erinevate hübridisatsioonide puhul kolm valentsasi. Pealegi spik 3-hübridisatsioon on olemas spik 2 - I. spik-hybridiseerimine.
spik 2 -Hübridisatsioon - ühe segamine s.- ja kaks riba-Vubitals. Selle tulemusena moodustatakse kolm hübriidi. spik 2 - Issand. Need spik 2 pakkuja asub samas lennukis (telgedega h., w.) Ja eesmärk on kolmnurga tipud nurga vahel orbitaalsete 120 ° vahel. Mitte-mainitud
riba-Orbitaal on risti kolme hübriidiga spik 2 -ORBITAL (orienteeritud teljel) z.). Ülemine pool riba-Vurbitals asuvad tasapinna kohal, alumine pool on tasapinna all.
Tüüp spik 2 Süsiniku hübridisatsioon toimub kahekordse sideühenditega: C \u003d C, C \u003d O, C \u003d N. Veelgi enam, ainult üks kahe aatomi vahelised võlakirjad (näiteks C \u003d C) võivad olla vahendid. (Muud seonduvad orbitaaliaatomid on suunatud vastupidistesse isikutele.) Teine võlakiri moodustub mitte-librati kattumise tulemusena riba-Obitals mõlemal pool rida ühendavad nuclei aatomite.

Kovalentne võlakiri, mis on moodustatud külgmise kattumise teel riba- naaberriikide süsinikuaatomite -vurbitals kutsutud pI () - kommunikatsioon.

Haridus - kommunikatsioon

Orbitaalsete väiksema kattumise tõttu on vähem vastupidav, kui -CE.
spik-Hübridisatsioon - See on segamine (joondus kuju ja energia) üks s- ja üks
riba-Vubitals koos moodustumise kahe hübriid spik-Vubitals. spik-Thelitals asuvad samas reas (nurga all 180 °) ja saadetakse vastasküljed Süsinikuaatomi kerneli kaugusel. Kaks korda
riba-Vubitals jäävad mainitud. Nad on postitatud vastastikku risti
Juhised - side. Pildil spik-Vubitals näidatakse piki teljel y.ja mitte-nimetatud kaks
riba-Vubitaly mööda telgesid h. ja z..

SS kolmekordse süsinik-süsinikuühendus koosneb kattumisest tulenevast ühendusest
sp.-Hybrid orbitaalid ja kahe voodiga.
Süsinikuaatomi selliste parameetrite suhe, nagu lisatud rühmade arv, on tabelis 4 kujutatud hübridisatsiooni ja keemiliste sidemete liik.

Tabel 4.

Kovalentsed süsiniku sidemed

Rühmade arv Seotud Süsinikuga	Tüüp hübridisatsioon	Tüübid osalemine Keemilised sidemed	Ühendite valemite näited
4	sp. 3	Neli - ühendused
3	sp. 2	Kolm - lingid ja Üks - heli
2	sp.	Kaks - ühendused Ja kahe voodiga	H-CC-H

Harjutused.

1. Milliseid aatomite elektroni (näiteks süsiniku või lämmastiku) nimetatakse paarituks?

2. Mida tähendab mõiste "üldised elektroonilised paarid" ühendused kovalentse sidemega (näiteks CH 4 võiH 2 S. )?

3. Millised aatomite elektroonilised riigid (näiteks koos võiN. ) Helista Basic ja mis on põnevil?

4. Mida tähendavad elektroonilises valemi numbrid ja tähed (näiteks koos võiN. )?

5. Mis on aatomi orbitaal? Kui palju orbitaale aatomi teises energiatasandil ja kuidas nad erinevad?

6. Mis vahe on hübriid orbitaalide esialgse orbitaalide vahel, millest nad moodustasid?

7. Milliseid hübridisatsiooni tüüpi on tuntud süsinikuaatomi ja mida nad kavatsevad?

8. Joonista pildi süsinikuaatomi elektroonilisele elektroonilisele riigile orbitaali ruumilisest paigutusest.

9. Milliseid keemilisi ühendusi nimetatakse ja mida? Täpsustama- ja-sideühenduste side:

10. Järgnevate süsinikuaatomite puhul täpsustage: a) hübridisatsiooni tüüp; b) keemiliste sidemete liigid; c) Valence nurgad.

Vastused teemale kasutamisele 1

5. õppetund.

1. Elektronid, mis asuvad üks orbitaalsete nimetatakse kuivamata elektronid. Näiteks elegantsem valemiga põnevil süsinikuaatomi - neli paarideta elektronid ja lämmastikuaatom - kolm:

2. Kaks elektroni kaasatud moodustumise ühe keemiline side, Helistama ühine elektrooniline paar. Tavaliselt enne keemilise side moodustumist kuulus üks selle paari elektronid ühele aatomile ja teine \u200b\u200belektron on teine \u200b\u200baatom:

3. Aatomi elektrooniline seisund, milles täheldatakse elektrooniliste orbitaalsete täitmise korda: 1 s. 2 , 2s. 2 , 2p. 2 , 3s. 2 , 3p. 2 , 4s. 2 , 3d. 2 , 4p. 2 jne, kutsus põhisupp. Sisse põnev riik Üks aatomi valent elektronidest on kõrgema energiaga vaba orbitaal, nagu üleminek on kaasas seotud elektronide lahtiühendamine. Skemaatiliselt kirjutatakse see:

Arvestades, et peamises riigis oli vaid kaks valentsideta elektronid, siis neli sellist elektroni muutub põnevil olekusse.

5. Aatomi orbitaal on funktsioon, mis kirjeldab elektroonilise pilve tihedust selle aatomi kerneli ümbritseva ruumi igas ruumis. Süsinikuaatomi teises energiatasandil neli orbitaals - 2 s., 2r X., 2p y, 2p Z.. Need orbitaal erinevad:
a) elektroonilise pilve vorm ( s. - pall, riba - dumbbell);
b) riba-Obitali erinev orientatsioon Kosmoses - vastastikku risti telge x., y. ja z., nad on tähistatud r X., p y, p Z..

6. Hübriid orbitaalid erinevad esialgsest (mitte-liberaalsest) orbitaalvormi ja energiast. Näiteks, s.-Orbitaal - sfääri vorm, riba - sümmeetriline kaheksa, sp.-Hybrid orbitaal - asümmeetriline kaheksa.
Energia erinevused: E.(s.) < E.(spik) < E.(riba). Sellel viisil, sp.-Evbital - orbiidi keskmine ja energiaallikaga saadud energia s.- ja p.-Vubitals.

7. Süsiniku aatomi puhul on teada kolm tüüpi hübridisatsiooni: sp. 3 , sp. 2 I. sp. (vt teksti õppetund 5).

9. -Svyaz on kovalentne side, mis on moodustatud orbitaalsete esikülgne kattumise piki joont, mis ühendab aatomite keskused.
- kovalentsed võlakirjad moodustavad külgmised kattuvad riba-Rebitali mõlemal pool joont ühendavad aatomite keskused.
- side näitab teise ja kolmanda kriips ühendatud aatomite vahel.

Asjaolude selgitamiseks, kui aatom moodustab suurema arvu võlakirjade arvu kui tema peamises olekus (näiteks süsinikuaatom) aatorite arv (näiteks süsinikuaatom), siis energia hübridiseerimise postulaat energia hübridiseerimisel. AO hübridiseerimine toimub kovalentse sideme moodustamisel, samas kui see saavutatakse orbitaalse tõhusama kattumise. Süsiniku aatomi hübridisatsiooniga kaasneb selle ergastamine ja elektronide ülekandmine 2-st 2 R-AO-st:

JSC suure erinevusega energias (näiteks 1s ja 2 p) hübridisatsioonis ei sisene. Sõltuvalt hübridisatsioonis osalevate inimeste arvust on võimalikud järgmised hübridisatsioonitüübid: süsiniku ja lämmastiku aatomite puhul SP3, SP2 ja SP; hapniku aatomi jaoks - SP3, SP2; Halogeeni puhul - SP3.

SP3-hübriid orbitaalid on suunatud õigete tetraeedri ülaosale. Nende vaheline tetraeedri nurk on 109 ° 28 ", mis vastab elektronide tõrjumise madalaimale energiale.

SP2 hübridisatsioon (lamedat trigonaalne) Üks S- ja kaks p-orbitaali segatakse ja moodustatakse kolm ekvivalenti SP2-hübriid orbitaalid, mis asuvad ühes tasapinnas 120 ° nurga all, võivad nad moodustada kolm S-võlakirju. Kolmas p-orbitaal on endiselt mainitud ja orienteeritud risti hübriidsete orbitaalide asukoha tasandi suhtes. See R-AO on seotud P-side moodustumisega.

See õppetund aitab teil saada idee teema "molekulide geomeetria. Hübridisatsiooni teooria mõiste ". Avalikustatakse orgaanilise, kompleksi hübridisatsiooniprotsessi universaalne olemus. anorgaanilised ained ja allotroopsete süsiniku modifikatsioonid. Te õpite molekulide geomeetria sõltuvust elektrooniliste orbidaatide ja ainete omaduste tüübi tüübile molekulide geomeetriast.

Teema: Sissejuhatus orgaanilise keemia

Õppetund: molekulide geomeetria. Hübridisatsiooni teooria mõiste

Üheühenduse molekulide näitel

Väline tase süsinikuaatom põhiliselt (kasutamata) Kirjeldab 2s 2 2 pp 2 valemit või skeemi:

2 s.

Selles struktuuris on omapärane eeltingimused sümmeetria - Neli elektroni puhul on 4 orbitaalset. 19. sajandi keskel tegi Saksa teadlane Friedrich Kekule üsna soovitas, et orgaanilistes ühendites on süsinikuvasents neli.

Aatomi elektroonilise struktuuri seisukohast võib seda selgitada järgmiselt: \\ t

Üks elektron koos 2s orbitaalsete "hüppab" 2p orbitaal, süsiniku ajal möödub nn põnevil olekusse:

Põnev olukord aatomi Süsinik 2S 1 2p 3:

2 s.

võimaldab süsinikuaatomit moodustada 4 kovalentset sidet vahetusmehhanismis.

Kolm p-orbitaalid traditsiooniliselt kujutavad üksteise "hantlite" vastastikku risti kujul ja S-orbitaal on palli kuju kujul. Kolm ühendused moodustavad p-elektronid peavad asuma nurga all 90 o üksteisega ja need on palju kauem kui ühendus moodustatud S-elektron. Kuid metaani CH4 on sümmeetriline tetrahedron.

Tagasi 1874. aastal, aastaid enne, kui see sai võimalikuks otsemõju Molekulide struktuurid, Jacob Herrik VANT-HOFF (1852-1911), mis on Utrechti ülikooli üliõpilane, tegi ettepaneku, et ühendite süsinikuaatomil on tetraeedri struktuur. Metaani molekulide struktuur CH4 on õige tetraeedri koos süsinikuaatomiga keskel. Valental nurgad n-s-n ühenduste võrdne 109 О 28 '.

Lihtsustatud selgitus: kõik orbiidil süsinikdioksiidi tasemed on joondatud energia ja vormiga, segatud, s.t. "Hübridiseerimine", moodustades samad hübriid orbitaalid. Vt joonis fig. üks.

Joonis fig. 1. Hübridisatsioon segatakse elektroonilisi pilved keemiliste sidemete moodustamisel

Segamine Üks S.-Orbitali I. kolm P.-Vubitals annab neli SP 3.-Hybrid orbitaalid piklikud nurkades tetraeedri aatomiga kesklinnas. Süsiniidu metaanos on seisundis SP3-hübridisatsiooni. Joonis fig. 2.

Joonis fig. 2. Metaani struktuur

Ammoniaagi struktuur

Samamoodi neli orbiidi lämmastiku aatomit ammoniaagi NH3 molekul: Lämmastikuaatomi 5 elektronidel välisel tasemel. Seetõttu on ühel SP-s 3 aarupaari elektronide paari ja teiste kolme elektroonilise paari n-h võlakirjad. Kõik neli elektroonilise paari asuvad nurkades moonutatud tetraeedri (elektrooniline pilv hiilge paari on rohkem kui siduv). Joonis fig. 3.

Joonis fig. 3. Ammoniaagi struktuur

Vee struktuur

Oxygen Atom 6 elektronide välise tasandil. Seetõttu on kahes SP-s 3 -OR-is elektronide aurupaarid ja teiste kahe - elektroonilise O-H-ühenduste paarid. Molekulil on nurgeline struktuur. Joonis fig. neli.

Joonis fig. 4. Vee struktuur

Sellise molekulide struktuuri analüüsiga on oluline mitte segi ajada asukoha geomeetriaga elektrooniliste paari ja keemiliste sidemete geomeetriaga. Me näeme, et ammoniaagis ja vees, mitte kõik elektroonilised paarid on kaasatud keemiliste sidemete teket.

Molekulide või keemiliste sidemete geomeetria peetakse täpselt aatomite paigutuse kosmoses, ilma haavatavate elektrooniliste paaride asukoha kirjeldamata. Elektroonilised pilved hübriid orbitaalid püüavad nii palju kui võimalik suruda üksteise peale. Kui pilved on neli, kaovad nad tetraeedri nurkades, kolm on lõhnastatud tasapinnal nurga all 120 °.

Molekuli struktuurBf 3.

Boor 3 elektroni aatomi välise taseme juures. Võlakirjade moodustamisel ja süsinikusisalduses läheb põnevil olekusse. Üks S-ja kaks p-orbitaali, millel on elektronid, hübridiseerivad, moodustavad kolm identset SP 2-hübriidi orbitaali, mis asuvad võrdsete kolmnurga nurkades boori aatomiga keskel. Joonis fig. viis

Joonis fig. 5. Ehita kolm boorfluoriidi

VäljundMolekulide geomeetria peab aatomite asukohta kosmoses, ilma haavatavate elektrooniliste paaride asukoha kirjeldamata. Seega ei ole kolme aatomiga veemolekuli struktuur ei ole tetraeedriline, kuid nurk.

Õppetundide kokkuvõtmine

Te olete saanud idee teema "geomeetria molekulide. Hübridisatsiooni teooria mõiste ". Mahepõllumajanduslike, keeruliste anorgaaniliste ainete ja allotroopsete süsiniku modifikatsioonide hübridisatsiooniprotsessi universaalne olemus avaldati. Te olete õppinud molekulide geomeetria sõltuvusest elektrooniliste orbidaatide ja ainete omaduste tüübi liiki molekulide geomeetriast.

Bibliograafia

1. Rudzitis g.e. Keemia. Põhitõdes üldise keemia. 10. klass: juhendaja Üldharidusasutused: Põhitase / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. väljaanne. - m.: Valgustumine, 2012.

2. Keemia. 6. klass. Profiili tase: Uuringud. Üldhariduse jaoks. Institutsioonid / V.V. Eremin, n.e. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - m.: Drop, 2008. - 463 lk.

3. Keemia. Hinne 11. Profiili tase: uuringud. Üldhariduse jaoks. Institutsioonid / V.V. Eremin, n.e. Kuzmenko, V.V. Lunin ja teised. - M.: Drop, 2010. - 462 lk.

4. Homchenko G.P., Khomchenko I.G. Keemia ülesannete kogumine ülikoolide sisenemiseks. - 4. ed. - m.: RIA "Uus Wave": tulemuste kirjastaja, 2012. - 278 lk.

Kodutöö

1. № andmed 1-3 (lk. 22) Rudzitis g.e. , Feldman f.g. Chimiya: orgaaniline keemia. 10. klass: üldharidusasutuste juhend: põhitase / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. väljaanne. - m.: Valgustumine, 2012.

2. Miks on sama tüüpi hübridisatsiooni (mis?), Metaani ja ammoniaagi molekulid on erinev ruumiline struktuur?

3. Mis on peamine seisund süsinikuaatomi põnevil?

Esitluste eelvaate nautimiseks looge endale konto (konto) Google ja logige sisse: https://accounts.google.com

Slaidide allkirjad:

Aatomi orbitaalide hübridisatsioon

Linus Karl Polynong

Aatomite orbitaalsete hübridisatsioon on aatomi orbitaalide kuju ja energia muutus, kui kovalentne side on moodustatud orbitaalse tõhusama kattumise saavutamiseks.

Erinevad orbitaalid, mis on veidi erinevad energiaga, moodustavad sobiva arvu hübriidide orbidate arvu. Hübriidide orbitaalsete arv on võrdne hübridisatsioonis osalevate aatomite orbitaalsete arvuga. Hübriid orbitaalid on sama kujul elektroonilise pilve ja energia.

Hübridisatsioonis osalevad mitte ainult siduvad elektronid, vaid ka haavatavad elektroonilised paarid.

Võrreldes aatomi orbitaalidega on hübriid püsivam keemiliste sidemete moodustumise suunas ja määravad seega elektrooniliste pilvede parima kattumise suunas.

Hübriid orbitaal on rohkem venitatud ühele küljele kerneli kui teine.

Koordine. Molekuli hübridisatsiooni tüübi ruumilise konfiguratsiooni arv, mille keskne aatom on allutatud aatomite paigutuse hübridiseerimiseks ühendite 2 sp lineaarse BECL 2, CF3, HCN-i näidetes ühendite molekuli näidetes Trigonan BF3, NO 3 -, HGI 3 -, CDCI3 - 4 SP3 tetrahedral CH4, CCI4, XEO4, HGI 4 -

sP-hübridisatsioon on hübridisatsioon, milles osalevad ühe S-ja ühe P-elektri aatomi orbitaalid.

Hübridisatsiooniprotsessis moodustuvad 2 hübriid orbitaalid, mis on suunatud üksteisele 180 ° nurga all

Orbitaali sp-hübridiseerimise ideed võib rakendada, et selgitada joonis 2 molekuli lineaarset kuju, milles berülliumi aatom moodustab hübriid sp-eorbitaal.

Berülliumfluoriidi molekuli juhtmestiku kohta. Iga fluori aatom, mis on selle molekuli osa, on üks paarisõnum elektron, mis on seotud kovalentse sideme moodustumisega.

Berülliumi aatom ootamata elektronide seetõttu ei ole: seetõttu osaleda keemiliste sidemete moodustamisel aatomi berülliumi peab minema põnevil olekusse:

mõne energia kulude jooksul võib berülliumi aatomi esialgsete S - ja p-orbitaalsete asemel moodustada kaks samaväärset hübriidset orbitaali (SP - orbitaalid).

Näited keemilised ühendidSest sp-hübridisatsiooni iseloomustab: BECL 2, BE2, CO, CO, CO 2, HCN, karbiinid, atsetüleensüsivormid (alkel).

sP 2 -Inbridiseerimine - hübridisatsioon, milles osalevad ühe S-ja kahe p elektronid aatomi orbitaalid

Hübridisatsiooni tulemusena moodustatakse kolm hübriidi SP 2 orbitaalid, mis asuvad samas lennukis 120 ° nurga all üksteisele.

Seda tüüpi hübridisatsiooni täheldatakse BCL3 molekulis.

sP 2 on boori aatomi hübridiseerimine boori fluoriidi molekulis. Siin asemel esialgse üks S - ja kaks p-orbitaalid põnevil boroni aatomi

moodustatakse kolm võrdset SP 2 - orbitaalid. Seetõttu on molekul konstrueeritud õige kolmnurga kujul, mille keskel on boori aatom ja fluori aatomite tipel.

Näited ühendite kohta, milles SP 2-hübridisatsiooni täheldatakse: SO3, BCL3, BF3, ALCL3, CO 3 2-, NO 3 -, grafiit, etüleensüsivormid (alkeenid), karboksüülhapped ja aromaatsed süsivesinikud (Areenil).

sP 3 - hübridisatsioon - hübridisatsioon, milles osalevad aatomi orbitaalid - ja kolm p-electronit

Neli SP 3-hübriid orbitaalide sümmeetriliselt orienteeritud ruumi nurga 109 ° 28 "

molekuli ruumiline konfiguratsioon vastab tetraeedrile, sõltub molekuli aatomite arvust. Selle näide on veemolekulid ja ammonianh 3.

Lämmastikuaatomi valents - III, selle viie välise taseme elektronile hõivata neli orbitaali, mis tähendab, et hübridisatsiooni tüüp on SP 3, kuid ainult kolm orbitaalset osaleb keemilise sideme moodustamisel. Tetrahedron ilma ühe tipudeta muutub püramiidiks. Seetõttu on ammoniaagi molekulil püramiidi molekulvorm, sidevahend on moonutatud 107 ° 30 '.

veemolekuli hapnik on SP3 hübriidses olekus ja molekuli kuju on nurk, side nurk on 104 ° 27 '.

Näited ühendite kohta, mille jaoks SP3-hübridisatsiooni iseloomustab: H20, NH3, POCL3, SO2F2, SOBR2, NH41, H3O +, teemant, Limit Süsivesinikud (alkaanid, tsükloalkaanid).