Keemia: hübriidorbitaalide saladus ja ime

Hübriidorbitaalide saladus ja ime

Keemia

  • Sidumine ja struktuur kovalentsetes ühendites
  • Kovalentsed ühendid muutuvad salapäraseks
  • Hübriidorbitaalide saladus ja ime
  • Lewise struktuuride joonistamine
  • Resonantsstruktuurid
  • Valence Shelli elektronpaaride tõrjumise teooria (VSEPR)

Selleks, et elektronid üksteisest kaugemale leviksid, peame välja pakkuma uue mudeli, mis seda võimaldab.



Siiani oleme õppinud s-, p-, d- ja f-orbitaalide kuju ja suhtelist energiat. Kui aga aatomid moodustavad kovalentseid ühendeid, ei ole aatomi orbitaalidest piisav, sest need sunnivad seotud aatomid olema üksteisele liiga lähedal. Nagu arvata võis, eelistavad kovalentsetes sidemetes olevad elektronid, nagu kõikjal elektronide puhul, üksteisest võimalikult kaugel olla, sest need tõrjuvad üksteist. Seejärel ühendatakse kõik valentselektroni sisaldavad aatomi orbitaalid üksteisega, moodustades hübriidorbitaale.

Tõenäoliselt on kõige lihtsam mõista, kuidas hübriidorbitaalid töötavad, näidates teile näidet. Heidame pilgu süsiniku valentselektronide orbiidi täitmise skeemile (vt orbiidi täitmise skeemide kohta lisateavet The Modern Atom).

Joonis 10.3. Süsiniku valentselektronide orbiidi täitmise skeem.

ccl4 lewise punkti struktuur

Nagu näete, on neljast süsiniku valentsorbitaalist üks täidetud (2s), kaks pooltäidetud (2p) ja üks täiesti tühi. See võib olla sidumata süsinikuaatomi elektronkonfiguratsioon, kuid see ei selgita, kuidas süsinik saab neli korda metaani moodustamiseks siduda. Lõppude lõpuks nõuab iga kovalentse sideme kattuvus orbitaali, mis sisaldab igast aatomist ühte elektroni. Kui see mudel kehtiks, poleks meil sidet s-orbitaaliga, sest see on juba täis, kaks sidet (üks kahest p-orbitaalist) ja üks p-orbitaal, mis oli täiesti tühi. Selle tulemusena võib süsinik siduda ainult kaks korda, järeldus, mis ei vasta tegelikkusele.

Molekulaarsed tähendused

Hübriidorbitaalid moodustuvad kahe või enama aatomi äärepoolseima orbitaali segamisel. Ainus element, mis ei moodusta hübriidorbitaale, on vesinik, kuna sellel on ainult üks 1s orbitaal.

See, mis tegelikult juhtub, kui süsinik kovalentselt teiste elementidega seob, on see, et need neli erinevat s- ja p-orbitaali segunevad üksteisega, moodustades neli identset hübridiseeritud orbitaali. Nende uute hübridiseeritud orbitaalide nimed on kombinatsioon algsete nelja aatomi orbitaali nimedest. Meie näites ühendatakse üks s-orbitaal kolme p-orbitaaliga, moodustades neli sp3orbitaalid:

Joonis 10.4. Kui orbitaalid ühinevad ja moodustavad hübriidorbitaale, arvutatakse nende kuju ja energia keskmised väärtused.

aaker võrreldes jalgpalliväljakuga

Nagu sellest diagrammist näete, võimaldab süsiniku hübridiseeritud orbitaalkonfiguratsioon ruumi neljale kovalentsele sidemele, mis sobib hästi metaaniga kovalentselt seotud nelja vesinikuaatomiga.

Nagu me tänapäeva aatomis mainisime, on s-orbitaalid sfäärilised ja p-orbitaalid üksteise suhtes 90-kraadise nurga all. Selle tulemusena paigutatakse sp3 orbitaalid, mis tekivad ühe s- ja kolme p-orbitaali ühendamisel, nurga all, mis peegeldab nende kahe tüüpi orbitaalide segu (antud juhul 109,5):

Kovalentse molekuli sidumisel tekkivate hübriidorbitaalide arv sõltub molekulis leiduvate üksiksidemete ja sidumata elektronide paaride (üksikute paaride või jagamata elektronide paaride) arvust. Elektronid eksisteerivad nii üksiksidemetes kui ka sidumata paarides hübriidorbitaalidel.

Mitmesidemelised elektronid eksisteerivad a-orbitaaliks, mis moodustub siis, kui ühe aatomi hübridiseerimata p-orbitaal kattub teise aatomi hübridiseerimata p-orbitaaliga. Vaatame, kuidas see hapnikus toimib, O2.

Mutt ütleb

Sidumata aatomite elektronid asuvad s-, p-, d- ja f-orbitaalidel. Kovalentseid ühendeid moodustanud aatomite elektronid eksisteerivad hübriidorbitaalidel.

Iga hapniku aatom O -s2on kaks üksikut elektronipaari ja kaksikside teise hapniku aatomiga. Esimene kahest kahe hapniku aatomi vahelisest sidemest nõuab hübriidorbitaale (kuna kõik üksiksidemed vajavad hübriidorbitaale), teine ​​aga kasutab mõlemas aatomis varu-p-orbitaali. Selle tulemusena seguneb üks s-orbitaal kahe p-orbitaaliga, moodustades kolm sp2orbitaalid.

pi lõppu

Vaatame, millised näevad välja iga hapniku aatomi orbitaalid.

Joonis 10.7Kolm sp2orbitaalid, mis hoiavad üksikut elektronpaari ja üksiksidemetes jagatud elektronid, liiguvad üksteisest võimalikult kaugele, 120 nurga all. Iga hapniku aatomi p-orbitaalid (pole näidatud) kattuvad, moodustades kaksiksideme.

Kolme sp2orbitaalid laienevad elektronide tõrjumise tõttu üksteisest võimalikult kaugele. Kaksiksideme eest vastutavad p-orbitaalid kattuvad nii sideme kohal kui all.

100 parimat filmitsitaati

Järgnev tabel illustreerib igat tüüpi kovalentsetes ühendites tavaliselt esinevaid hübriidorbitaale, samuti iga orbitaali nime ja sideme nurki ning iga molekulaarkuju.

Mittehübridiseerunud kattuvad orbitaalid Hübriidorbitaali nimi Võlakirja nurk Molekulaarne kuju
1s, 1p NS 180 lineaarne
1s, 2p NS2 120 trigonaalne tasapind
1s, 3p NS3 109,5 tetraeedriline
1d, 1s, 3p dsp3 90, 120 trigonaalne bipüramidaalne
2d, 1s, 3p d2NS3 90 kaheksajaline

Üldiselt nimetatakse kahe aatomi vahel olevaid üksikuid kovalentseid sidemeid 'sigma sidemeteks' või? võlakirjad. Need sigmasidemed tekivad kahe hübriidorbitaali kattumisel. Igale mitmekordsele sidemele viidatakse kui 'pi sidemele' või 'sidemele. Pi sidemed tekivad mittehübridiseerunud p-orbitaalide kattumisel. Kasutades eelnevat tabelit, on ülaltoodud sp hübridiseeritud aatomi igal aatomil kaks? võlakirjad ja kaks? võlakirja.

Väljavõte Ian Guchi raamatust The Complete Idiot's Guide to Chemistry 2003. Kõik õigused on kaitstud, sealhulgas õigus reprodutseerida täielikult või osaliselt mis tahes kujul. Kasutatakse kokkuleppel koos Alfa raamatud , Penguin Group (USA) Inc. liige.

Selle raamatu tellimiseks otse kirjastajalt külastage Penguin USA veebisaiti või helistage numbril 1-800-253-6476. Selle raamatu saate osta ka aadressilt Amazon.com ja Barnes & Noble .