Nadaljevano. Začetek glej v. № 15, 16/2004

Lekcija 5. Hibridizacija
Atomski orbitalni ogljik

Kovalentna kemična vez se oblikuje s pomočjo splošnih vezavnih elektronskih parov po vrsti:

Oblikujte kemijsko povezavo, tj. Ustvarite skupni elektronski par z "tujem" elektronom iz drugega atoma, samo neparski elektroni lahko samo. Neparski elektroni, ko so elektronske formule, se nahajajo ena v celici orbita.
Atomsko orbitalno. - To je funkcija, ki opisuje gostoto elektronskega oblaka na vsaki točki prostora okoli atoma jedra. Elektronski oblak je vesoljsko območje, v katerem je mogoče zaznati elektron z visoko verjetnostjo.
Za usklajevanje elektronska struktura. Atom ogljika in valence tega elementa uporablja ideje o vzbujanju atoma ogljika. V normalnem (nezaslišanem) stanju ima ogljikov atom dva nepararata 2 r. 2 -electron. V navdušeni državi (pri absorpciji energije) ena od 2 s. 2-Elektrona lahko greste brezplačno r.-Orbital. Nato se v atomu ogljikovega atoma pojavi štiri neparski elektron:

Spomnimo se, da je v elektronski formuli atoma (na primer za ogljik 6 C - 1 s. 2 2s. 2 2str. 2) velika številka Pred črkami - 1, 2 - označuje število energetske ravni. Črka s. in r. Navedite obliko elektronskega oblaka (orbitalni) in številke na desni nad črkami, ki govorijo o številu elektronov na tem orbitalu. Vse s.-EVubilitali Sferični:

Na drugi stopnji energije, razen 2 s.-Prežene trije 2. \\ t r.-. Ta 2. r.-EVubilitali imajo elipsoidno obliko, podobno dumbbells, in so usmerjeni v prostor pod kotom 90 ° drug drugemu. 2. \\ T r.-EVubilitaling pomeni 2. r H., 2p y. in 2. p Z. V skladu z osi, po kateri se nahajajo ti orbitalni.

V tvorbi kemijskih vezi, elektronski orbitale pridobijo enako obliko. Torej, v mejnih ogljikovodikih je mešan sam s.-Orbital in trije r.-EVuboli ogljikov atom z tvorbo štirih enakih (hibridnih) sP. 3 -Orbital:

To - sP. 3-hibridizacija.
Hibridizacija - poravnava (mešanje) atomskih orbitalov ( s. in r.) z oblikovanjem novih atomskih orbitalov hibridni orbital.

Hibridni orbitalniki imajo asimetrično obliko, podolgovati proti pritrjenim atomu. Elektronski oblaki se medsebojno odbijajo in se nahajajo v prostoru tako daleč drug od drugega. S to osjo štirimi sP.3-hibridni orbital Izkazalo se je, da je usmerjeno na vrhove tetraedrona (pravilno trikotna piramida).
V skladu s tem so koti med temi orbitalnimi tetraedal, enako 109 ° 28.
Tocke elektronskih orbitalov se lahko prekrivajo s orbitalnimi drugimi atomi. Če se elektronski oblaki prekrivajo skozi črto, ki povezuje centre atomov, se taka kovalentna povezava imenuje sigma () - Komunikacija. Na primer, v etani molekule C 2 H 6, se kemijska vez tvori med dvema atomi ogljika z prekrivanjem dveh hibridnih orbitalov. To je izklopljeno. Poleg tega je vsak ogljikovi atomi v treh sP. 3 Outbodi se prekrivajo s.-Vubilitaliranje treh vodikovih atomov, ki tvorijo tri načine.

Skupaj so možne tri države valence z različnimi vrstami hibridizacije. Poleg tega sP. 3-hibridizacija obstaja sP. 2 - I. sP.-Hibridizacija.
sP. 2 -Hibridizacija - mešanje s.- in dva r.-Vubilitali. Posledično se oblikujejo tri hibridne. sP. 2 - Gospod. Te sP. 2 Ponudba se nahaja v isti ravnini (z osi h., w.) In usmerjena v tocke trikotnika s kotom med Orbitalom 120 °. Nevede
r.-Orbital je pravokoten na ravnino treh hibridov sP. 2-Obično (usmerjeno vzdolž osi z.). Zgornja polovica r.-EVubilitali se nahajajo nad letalom, spodnja polovica je pod letalom.
Tip sP. 2 hibridizacija ogljika se pojavi v spojinah z dvojno vezi: C \u003d C, C \u003d O, C \u003d N. Poleg tega lahko samo ena od obveznic med dvema atoma (npr. C \u003d c). (Drugi zavezujoči orbitalni atomi so usmerjeni v nasprotne stranke.) Druga vez se oblikuje kot posledica prekrivanja ne-liftida r.-Obitals na obeh straneh linije, ki povezuje jedro atomov.

Kovalentna vez, ki se oblikuje s stranskim prekrivanjem r.-Ubitals sosednjih atomov ogljika, ki se imenujejo pI () - Komunikacija.

Izobraževanje - Komunikacija

Zaradi manjšega prekrivanja orbitalov je manj trpežen, kot.
sP.-Hibridizacija - To je mešanje (poravnava v obliki in energiji) ena s- in eno
r.-Ubitali z tvorbo dveh hibridnih sP.-Vubilitali. sP.-Izlilni elementi se nahajajo na isti vrstici (pod kotom 180 °) in poslani na nasprotne strani Iz jedra ogljikovega atoma. Dva
r.- OVZELIKI OD OMEJO NEDELJENO. Objavljeni so medsebojno pravokotni
Navodila - Komunikacije. Na sliki sP.-EVubilitali so prikazani vzdolž osi y.in ne o omenjenih dveh
r.-EVubitaly vzdolž osi h. in z..

Triposteljna povezava z ogljik-ogljik SS je sestavljena iz povezave, ki izhaja iz prekrivanja
sp.-Hibridni orbitalni in dvoposteljni.
Odnos takih parametrov atoma ogljika, kot število pritrjenih skupin, vrsta hibridizacije in vrste kemijskih vezi, je prikazana v tabeli 4.

Tabela 4.

Kovalentne ogljikove vezi

Število skupin Povezano Z ogljikom	Tip hibridizacija	Vrste Sodelovanje Kemijske vezi	Primeri formul za spojine
4	sp. 3	Štiri - Povezave
3	sp. 2	Tri - povezave in Ena - Sound.
2	sp.	Dva - povezava In dve postelji	H-CC-H

Vaje.

1. Kateri elektroni atomov (na primer ogljika ali dušik) se imenujejo neuporabljene?

2. Kaj pomeni koncept "splošnih elektronskih parov" v povezavi s kovalentnim vezjo (na primer, CH4 aliH 2 S. )?

3. Katere elektronske atome (na primer z aliN. ) Pokličite Basic in kaj so navdušeni?

4. Kaj pomenijo številke in črke v elektronski formuli (na primer z aliN. )?

5. Kaj je atomska orbitalna? Koliko orbitalov na drugi energetski ravni atoma in kako se razlikujejo?

6. Kakšna je razlika med hibridnim orbitalom iz začetnih orbitalov, ki so jih oblikovali?

7. Katere vrste hibridizacije so znane po atomu ogljika in kaj bodo?

8. Narišite sliko prostorske ureditve orbital za eno od elektronskih stanj atoma ogljika.

9. Katere kemijske povezave se imenujejo in kaj? Navedite- in-komunikacije v povezavah:

10. Za ogljikove atome spodaj navedite: a) vrsto hibridizacije; b) vrste njenih kemijskih vezi; c) Valence koti.

Odgovori na temo 1

Lekcija 5.

1. Elektroni, ki se nahajajo tisti, ki jih Orbitalov, se imenujejo neparski elektroni. Na primer, v elektronski formuli vzbujenega ogljikovega atoma - štiri neparske elektrone, in na atom dušika - tri:

2. Dva elektrona, ki sta vključena v oblikovanje enega chemical Bond., Pokličite skupni elektronski par.. Običajno pred tvorbo kemične vezi, eden od elektronov tega para, je pripadal enemu atom, drugi elektron pa še en atom:

3. Elektronsko stanje atoma, v katerem se upošteva postopek za polnjenje elektronskih orbitalov: 1 s. 2 , 2s. 2 , 2str. 2 , 3s. 2 , 3str. 2 , 4s. 2 , 3d. 2 , 4str. 2, itd, imenovan osnovno stanje. V navdušena država Ena od valentnih elektronov atoma zavzema prost orbitalni z višjo energijo, takšen prehod pa je priložen odklop seznanjenih elektronov. Shematsko je napisana tako:

Medtem ko je bilo v glavnem stanju le dve elektroni valence, potem štirje od takih elektronov postane v navdušeni državi.

5. Atomski orbital je funkcija, ki opisuje gostoto elektronskega oblaka na vsaki točki prostora okoli jedra tega atoma. Na drugi energetski ravni ogljikovega atoma štiri orbitale - 2 s., 2r X., 2p y., 2p Z.. Te orbitalne razlikujejo:
a) oblika elektronskega oblaka ( s. - žoga, r. - utež);
b) r.-Obitali imajo drugačna orientacija V prostoru - vzdolž medsebojnih pravokotnih osi x., y. in z., označeni so r X., p y., p Z..

6. Hibridni orbital se razlikujejo od začetne (nebeliralne) orbitalne oblike in energije. Na primer, s.-Orbital - oblika krogle, r. - simetrično osem, sp.-Hbridni orbital - asimetrična osem.
Energetske razlike: E.(s.) < E.(sP.) < E.(r.). V to smer, sp.-Vital - Orbitalno povprečje in energijo, pridobljeno z mešanjem vira s.- in str.-Vubilitali.

7. Za atomov ogljika so znane tri vrste hibridizacije: sp. 3 , sp. 2 I. sp. (glej besedilno lekcijo 5).

9. -SVyaz je kovalentna vez, ki jo tvori čelno prekrivanje orbitalov vzdolž črte, ki povezuje centre atomov.
- kovalentne obveznice, ki se oblikujejo s stranskim prekrivanjem r.-Rebitali na obeh straneh linije, ki povezujeta centre atomov.
- Komunikacije prikazujejo drugi in tretji pomišljaj med priključenimi atomi.

Da bi pojasnili dejstva, ko atom tvori večje število obveznic kot število neporabljenih elektronov v njenem glavnem stanju (na primer atom ogljika), postulat hibridizacije jedrskih orbitalov blizu energije. Hibridizacija AO se pojavi pri oblikovanju kovalentne vezi, medtem ko je dosežena učinkovitejše prekrivanje orbitalov. Hibridizacija atoma ogljika spremlja njegova vzbujanje in prenos elektrona iz 2S-s 2 R-AO:

JSC z veliko razliko v energiji (na primer, 1s in 2 p) v hibridizaciji ne vstopata. Glede na število ljudi, ki sodelujejo pri hibridizaciji, so možne naslednje vrste hibridizacije: za atome ogljika in dušika - SP3, SP2 in SP; za atom kisika - SP3, SP2; Za halogen - SP3.

SP3-hibridne orbitale so usmerjene na vrhove pravilnega tetraedra. Titraedralni kot med njimi je 109 ° 28 ", ki ustreza najnižji energiji odbijanja elektronov.

Hibridizacija SP2 (ploska trigonalna) smo mešani ena S-in dva P-orbitala, tri ekvivalentne sp2 hibridne orbitale, ki se nahajajo v eni ravnini pod kotom 120 °, lahko tvorijo tri S-vezi. Tretji P-Orbital ostaja neobdelana in usmerjena pravokotna na ravnino lokacije hibridnih orbitalov. Ta R-AO sodeluje pri oblikovanju P-komunikacij.

Ta lekcija vam bo pomagala dobiti idejo o temi "Geometrija molekul. Koncept teorije hibridizacije ". Razkrita se bo univerzalna narava hibridizacijskega procesa ekološkega, kompleksa. anorganske snovi in allotropnih modifikacij ogljika. Spoznali boste odvisnost geometrije molekul na vrsto hibridizacije elektronskih orbitalov in lastnosti snovi iz geometrije molekul.

Tema: Uvod v organsko kemijo

Lekcija: Geometrija molekul. Koncept teorije hibridizacije

na primer molekul z enojnimi povezavami

Zunanja raven atom ogljika v bistvu (neizravnak) Opisuje formulo ali shemo 2S 2 2p 2:

2 s.

V tej strukturi so predpogoji za posebno simetrija - Za štiri elektrone, je 4 orbitalov. Sredi 19. stoletja je nemški znanstvenik Friedrich Kekule pravično predlagal, da je v organskih spojinah, ogljik valence štiri.

Z vidika elektronske strukture atoma je to mogoče razložiti na naslednji način:

En elektron z 2S orbitals "skoči" na 2P orbital, ogljik v času prehaja v tako imenovano navdušeno stanje:

Vznemirjeno stanje atoma Carbon 2S 1 2P 3:

2 s.

omogoča ogljikovega atoma, da oblikuje 4 kovalentne vezi na menjalni mehanizmi.

Trije P-Orbitale tradicionalno prikazujejo v obliki medsebojno pravokotno drug na drugega "dumbbells", in S-orbital je v obliki žoge. Tri povezave, ki jih tvorijo P-Electroni, morajo biti nameščeni pod kotom 90 o drug na drugega, in so veliko dlje kot povezava, ki jo tvori s-elektron. Toda metan CH4 je simetrični tetraeder.

Nazaj leta 1874, več let, preden je postalo mogoče neposredna opredelitev. Strukture molekul, Jacob Herrik Vant-Hoff (1852-1911), ki so študent Univerze Utrecht, je predlagala, da ima atom ogljika v spojinah tetraedralno strukturo. Struktura metan molekule CH4 je pravilen tetraeder z atomom ogljika v središču. ANGLES n-S-N povezave enaka 109 ° 28 '.

Poenostavljena razlaga: vse orbitalne ravni ogljika so poravnane z energijo in obliko, mešano, t. "Hibridizirati", ki tvori iste hibridne orbitale. Glej sl. Ena.

Sl. 1. Hibridizacija je mešanju elektronskih oblakov pri tvorbi kemičnih vezi

Mešanje ena S.-Arbitalija I. tRI P.-EVubilitalions daje Štiri SP 3.-Hibridni orbital, podolgovani na vogalih tetraeder z atomom z v centru. Ogljik v metanu je v stanju SP 3-hibridizacije. Sl. 2. \\ T

Sl. 2. Struktura metana

Struktura amoniaka

Na enak način, štiri orbitalne dušikove atome amoniak nh 3 molekula: Na atomu dušika 5 elektronov na zunanji ravni. Zato na enem SP 3 je par elektronov, na drugih treh elektronskih parih n-H obveznice. Vsi štirje elektronski pari se nahajajo v kotih izkrivljenega tetrahedron (elektronski oblak prepuščenega para je več kot vezava). Sl. 3.

Sl. 3. Struktura amoniaka

Struktura vode

Na atomu kisika 6 elektronov na zunanji ravni. Zato, na dveh SP 3 -Orbital, so parni pari elektronov, in na drugih dveh - elektronskih pari O-H povezav. Molekula ima kotno strukturo. Sl. Štiri.

Sl. 4. Vodna struktura.

S to analizo strukture molekul je pomembno, da se geometrija lokacije v prostoru elektronskih parov in geometrije kemijskih vezi. Vidimo, da v amoniaku in vodi niso vsi elektronski pari vključeni v tvorbo kemijskih vezi.

Geometrija molekul ali kemijskih vezi se obravnava ravno na razpolago atomov v prostoru, ne da bi opisovali lokacijo ranljivih elektronskih parov. Elektronski oblaki hibridnih orbitalov se čim bolj trudijo, da se ločijo drug od drugega. Če so oblaki štiri, izginejo na vogalih tetraedra, trije dišeče v ravnini pod kotom 120 °.

Struktura molekuleBF 3.

Na zunanji ravni atoma elektrona bora 3. Pri oblikovanju obveznic, kot tudi ogljik, gre v navdušeno stanje. Ena S-in dva P-Orbitalov, na katerih obstajajo elektroni, hibridizirajo, ki tvorijo tri identične SP 2-hibridne orbitale, ki se nahajajo na kotih enakostraničnega trikotnika z atomom bora v centru. Sl. pet

Sl. 5. Zgradite tri boron fluorid

Izhod: Geometrija molekul obravnava lokacijo atomov v prostoru, ne da bi opisovali lokacijo ranljivih elektronskih parov. Tako je struktura vodne molekule, sestavljena iz treh atomov, ni tetraedralna, ampak kotna.

Povzetek lekcije

Prejeli ste idejo o temi "Geometrija molekul. Koncept teorije hibridizacije ". Razkrita je bila univerzalna narava hibridizacijskega procesa ekoloških, kompleksnih anorganskih snovi in \u200b\u200ballotropnih sprememb ogljika. Naučili ste se o odvisnosti geometrije molekul na vrsto hibridizacije elektronskih orbitalov in lastnosti snovi iz geometrije molekul.

Bibliografija

1. rudzitis g.e. Kemija. Osnove splošne kemije. 10. razred: Vadnica za splošne izobraževalne ustanove: Osnovna raven / G. E. Rudzitis, f.g. Feldman. - 14. izdaja. - M.: Razsvetljenje, 2012.

2. Kemija. 10. razred. Raven profila: Študije. Za splošno izobraževanje. Institucije / V.V. EREMIN, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Kapljica, 2008. - 463 str.

3. Kemija. 11. razred. Profilna raven: študije. Za splošno izobraževanje. Institucije / V.V. EREMIN, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin in drugi. - M.: Kapljica, 2010. - 462 str.

4. Homchenko G.P., Khomchenko i.g. Zbiranje nalog v kemiji za vstop na univerze. - 4. ed. - M.: RIA "New Wave": Založnik roads, 2012. - 278 str.

Domača naloga

1. № № 1-3 (str. 22) rudzitis g.e. , Feldman F.G. Chimiya: Organska kemija. 10. razred: Vadnica za splošne izobraževalne ustanove: Osnovna raven / G. E. Rudzitis, f.g. Feldman. - 14. izdaja. - M.: Razsvetljenje, 2012.

2. Zakaj imajo enako vrsto hibridizacije (ki?), Molekule metana in amoniaka imajo drugačno prostorsko strukturo?

3. Kaj je glavno stanje atoma ogljika od navdušenih?

Če želite uživati \u200b\u200bpredogled predstavitev, ustvarite račun (račun) Google in se prijavite v to: https://accounts.google.com

Podpisi za diapozitive:

Hibridizacija atomskih orbitalov

Linus Karl PolyNong.

Hibridizacija atomskih orbitalov je sprememba oblike in energije atomov orbitalov, ko je nastala kovalentna vez, da se doseže učinkovitejše prekrivanje orbitalov.

Različni orbitalni elementi, ki se nekoliko razlikujejo, z energijami tvorijo ustrezno število hibridnih orbitalov. Število hibridnih orbitalov je enako številu atomskih orbitalov, ki sodelujejo pri hibridizaciji. Hibridni orbitalniki so enaki v obliki elektronskega oblaka in energije.

V hibridizaciji, ne samo vezavni elektroni sodelujejo, ampak tudi ranljivi elektronski pari.

V primerjavi z atomskimi orbitalnimi elementi so hibridni bolj podolgovani v smeri nastanka kemijskih vezi in zato določijo najboljšo prekrivanje elektronskih oblakov.

Hibridni orbitalen je bolj raztegnjen na eni strani jedra kot drugi.

Uskladiti. Število prostorske konfiguracije hibridizacije molekule, ki je osrednji atom, ki je podvržen hibridizaciji ureditve atomov v primerih molekule spojin 2 SP linearno becl 2, CO 2, HCN 3 SP 2 TVONAL BF 3, BCL 3, Ne 3 -, HGI 3 -, CDCL 3 - 4 SP 3 tetraedral CH4, CCL 4, XEO 4, HGI 4 -,

sP-hibridizacija je hibridizacija, v kateri so vključeni atomski orbitalni orbitalni elektroni.

V procesu hibridizacije se oblikuje 2 hibridni orbitalni elementi, ki so usmerjeni drug na drugega pod kotom 180 °

Zamisel o hibridizaciji orbitaza SP-hibrivata se lahko uporabi za razlago linearne oblike molekule Bee 2, v kateri je atom berilija, ki ga tvori hibridni SP-orbital.

O ožičevanju molekule berilijevega fluorida. Vsak atom fluora, ki je del te molekule, ima en neparski elektron, ki je vključen v oblikovanje kovalentne vezi.

Atom Beryllium v \u200b\u200bneznanem stanju neparskih elektronov nima: zato, da bi sodelovali pri nastanku kemijskih vezi, mora atom berilij iti v navdušeno stanje:

med stroški energije, namesto z začetnimi S - in P-Orbitalom atoma berilija, se lahko oblikujejo dva enakovredna hibridna orbitalna (SP - Orbital).

Primeri kemične spojineZa katero hibridizacijo SP-hibridizacija je označena: Becl 2, 2, CO, CO 2, HCN, Carbine, acetilen ogljikovodike (alkins).

sP 2 -Hypebridizacija - hibridizacija, v kateri sodelujejo atomski orbitalni orbitalni elementi s - in dva P Elektronsa

Kot posledica hibridizacije se oblikujejo tri hibridne SP2 orbitalov, ki se nahajajo v isti ravnini pod kotom 120 °.

Ta vrsta hibridizacije je opaziti v molekuli BCL 3.

sP 2 je hibridizacija borovega atoma v molekule borovega fluorida. Tukaj, namesto začetnega s - in dveh P-orbitalov razburjenega borovega atoma

oblikovane tri pravične SP 2 - Orbital. Zato je molekula zgrajena v obliki ustreznega trikotnika, v središču katerega je borov atom, in v vozliščih atomov fluora.

Primeri spojin, v katerih opazimo SP 2-hibridizacijo: SO 3, BCL 3, BF 3, ALCL 3, CO 3 2-, NO3 -, Graphite, etilen ogljikovodiki (alkene), karboksilne kisline in aromatske ogljikovodike (Arena).

sP 3 - Hibridizacija - hibridizacija, v kateri sodelujejo atomski orbitalni orbitalni ali trije p -elektroni

Štiri SP 3-hibridne orbitale so simetrično usmerjeni v prostoru pod kotom 109 ° 28 "

prostorska konfiguracija molekule ustreza tetraedri, odvisno je od števila atomov v molekuli. Primer tega je vodna molekule in amonianh 3.

Valence dušikovega atoma - III, njegovih petih elektronov zunanje ravni zasedajo štiri orbitale, kar pomeni, da je vrsta hibridizacije SP 3, vendar le tri orbitale sodelujejo pri oblikovanju kemijske vezi. Tetraedron brez enega vozlišča se spremeni v piramido. Zato ima molekula amoniaka piramidna oblika molekule, kot komunikacije je izkrivljena na 107 ° 30 '.

kisik v vodni molekuli je v SP 3 hibridni državi, oblika molekule pa je kotna, kot komunikacije je 104 ° 27 '.

Primeri spojin, za katere je značilna SP 3-hibridizacija: H20, NH3, POCL 3, SO 2 F 2, SOBR 2, NH 4+, H3 O +, Diamond, Omeji ogljikovodike (alkani, cikloalkani).