AO ჰიბრიდიზაცია- ეს არის ვალენტური AO-ის სწორება ფორმაში და ენერგიაში ქიმიური ბმის წარმოქმნის დროს.
1. მხოლოდ იმ AO-ებს, რომელთა ენერგიები საკმაოდ ახლოსაა (მაგალითად, 2s- და 2p-ატომური ორბიტალები) შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ ჰიბრიდიზაციაში.
2. ვაკანსიები (უფასო) AO-ებს, ორბიტალებს დაუწყვილებელი ელექტრონებითა და გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილებით შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ ჰიბრიდიზაციაში.
3. ჰიბრიდიზაციის შედეგად ჩნდება ახალი ჰიბრიდული ორბიტალები, რომლებიც სივრცეში ისეა ორიენტირებული, რომ სხვა ატომების ორბიტალებთან გადაფარვის შემდეგ ელექტრონთა წყვილები მაქსიმალურად შორდებიან ერთმანეთს. მოლეკულის ეს მდგომარეობა შეესაბამება მინიმალურ ენერგიას მსგავსი დამუხტული ელექტრონების მაქსიმალური მოგერიების გამო.
4. ჰიბრიდიზაციის სახეობა (ჰიბრიდიზაციას განიცდის AO-ს რაოდენობა) განისაზღვრება მოცემულ ატომზე „შეტევა“ ატომების რაოდენობით და მოცემულ ატომში გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილების რაოდენობით.
მაგალითი. BF 3. ბმის წარმოქმნის მომენტში B ატომის AO გადალაგდება, გადადის აღგზნებულ მდგომარეობაში: В 1s 2 2s 2 2p 1 ® B* 1s 2 2s 1 2p 2 .
ჰიბრიდული AO-ები განლაგებულია 120 o კუთხით. მოლეკულას აქვს სწორი ფორმა სამკუთხედი(ბრტყელი, სამკუთხა):
3. sp 3 -ჰიბრიდიზაცია.ამ ტიპის ჰიბრიდიზაცია დამახასიათებელია მე-4 ჯგუფის ატომებისთვის ( მაგალითად, ნახშირბადი, სილიციუმი, გერმანიუმი) EH 4 ტიპის მოლეკულებში, ასევე C ატომისთვის ალმასში, ალკანის მოლეკულებში, N ატომისთვის NH 3 მოლეკულაში, NH 4 +, O ატომისთვის H 2 O მოლეკულაში და ა.შ.
მაგალითი 1 CH 4. ბმის წარმოქმნის მომენტში, C ატომის AO გადალაგდება, გადადის აღგზნებულ მდგომარეობაში: C 1s 2 2s 2 2p 2 ® C* 1s 2 2s 1 2p 3 .
ჰიბრიდული AO-ები განლაგებულია 109 კუთხით დაახლოებით 28 ინჩით.
მაგალითი 2 NH 3 და NH 4 +.
N ატომის ელექტრონული სტრუქტურა: 1s 2 2s 2 2p 3 . 3 AO, რომელიც შეიცავს დაუწყვილებელ ელექტრონს და 1 AO, რომელიც შეიცავს გაუზიარებელ ელექტრონულ წყვილს, განიცდის ჰიბრიდიზაციას. მარტოხელა ელექტრონული წყვილის s-ბმების ელექტრონული წყვილებიდან უფრო ძლიერი მოგერიების გამო, ამიაკის მოლეკულაში ბმის კუთხე არის 107,3 o (უფრო ახლოს ტეტრაედრთან და არა მიმართულთან).
მოლეკულას აქვს ტრიგონალური პირამიდის ფორმა:
sp 3 ჰიბრიდიზაციის ცნებები შესაძლებელს ხდის ახსნას ამონიუმის იონის წარმოქმნის შესაძლებლობა და მასში ობლიგაციების ეკვივალენტობა.
მაგალითი 3 H 2 O.
ატომის ელექტრონული სტრუქტურა О 1s 2 2s 2 2p 4 . 2 AO, რომელიც შეიცავს დაუწყვილებელ ელექტრონს და 2 AO, რომელიც შეიცავს გაუზიარებელ ელექტრონულ წყვილს, განიცდის ჰიბრიდიზაციას. კავშირის კუთხე წყლის მოლეკულაში არის 104,5° (ასევე უფრო ახლოს ტეტრაედრთან და არა სწორთან).
მოლეკულას აქვს კუთხოვანი ფორმა:
sp 3 ჰიბრიდიზაციის კონცეფცია შესაძლებელს ხდის ახსნას ოქსონიუმის (ჰიდროქსონიუმის) იონის წარმოქმნისა და ყინულის სტრუქტურაში თითოეული მოლეკულის მიერ 4 წყალბადის ბმის წარმოქმნის შესაძლებლობა.
4. sp 3 d-ჰიბრიდიზაცია.ამ ტიპის ჰიბრიდიზაცია ტიპიურია მე-5 ჯგუფის ელემენტების ატომებისთვის (P-დან დაწყებული) EX 5 ტიპის მოლეკულებში.
მაგალითი. PCl 5. P ატომის ელექტრონული სტრუქტურა მიწაში და აღგზნებულ მდგომარეობაშია: Р 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 ® P* 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 1 . მოლეკულის ფორმა - ჰექსაედონი (უფრო ზუსტად - ტრიგონალური ბიპირამიდა):
5. sp 3 d 2 ჰიბრიდიზაცია.ამ ტიპის ჰიბრიდიზაცია ტიპიურია მე-6 ჯგუფის ელემენტების ატომებისთვის (S-დან დაწყებული) EX 6 ტიპის მოლეკულებში.
მაგალითი. SF6. S ატომის ელექტრონული სტრუქტურა მიწაში და აღგზნებულ მდგომარეობაშია: S 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 ® P* 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 2 .
მოლეკულის ფორმა - ოქტაედონი :
6. sp 3 d 3 ჰიბრიდიზაცია.ამ ტიპის ჰიბრიდიზაცია ტიპიურია 7 ჯგუფის ელემენტების ატომებისთვის (დაწყებული Cl-ით) EX 7 ტიპის მოლეკულებში.
მაგალითი. IF7. F ატომის ელექტრონული სტრუქტურა მიწაში და აღგზნებულ მდგომარეობაშია: I 5s 2 3p 5 ® I* 5s 1 3p 3 3d 3. მოლეკულის ფორმა - დეკაედონი (უფრო ზუსტად - ხუთკუთხა ბიპირამიდა):
7. sp 3 d 4 ჰიბრიდიზაცია.ამ ტიპის ჰიბრიდიზაცია დამახასიათებელია 8 ჯგუფის ელემენტების ატომებისთვის (გარდა He-სა და Ne-სა) EX 8 ტიპის მოლეკულებში.
მაგალითი. XeF 8. Xe ატომის ელექტრონული სტრუქტურა მიწაში და აღგზნებულ მდგომარეობაშია: Xe 5s 2 3p 6 ® Xe* 5s 1 3p 3 3d 4 .
მოლეკულის ფორმა - დოდეკაედონი:
შეიძლება არსებობდეს სხვა სახის AO ჰიბრიდიზაცია.
ფაქტების ასახსნელად, როდესაც ატომი აყალიბებს ობლიგაციების უფრო მეტ რაოდენობას, ვიდრე დაუწყვილებელი ელექტრონების რაოდენობა მის ძირითად მდგომარეობაში (მაგალითად, ნახშირბადის ატომი), გამოიყენება ენერგიით ახლოს ატომური ორბიტალების ჰიბრიდიზაციის პოსტულატი. ხდება AO ჰიბრიდიზაცია კოვალენტური ბმის წარმოქმნის დროს, თუ ეს გამოიწვევს ორბიტალების უფრო ეფექტურ გადახურვას. ნახშირბადის ატომის ჰიბრიდიზაციას თან ახლავს მისი აგზნება და ელექტრონის გადატანა 2-დან ს- 2-ზე რ-აო:
ნახშირბადის ატომის დასაბუთებული და აღგზნებული მდგომარეობები.
AO ჰიბრიდიზაცია- ეს არის მოცემული ატომის ატომური ორბიტალების ურთიერთქმედება (შერევა), რომლებიც განსხვავდება ტიპის მიხედვით, მაგრამ ენერგიით ახლოსაა იმავე ფორმისა და ენერგიის ჰიბრიდული ორბიტალების წარმოქმნით.
მაგალითად, 2s-AO-ს 2-თან შერევა გვ-AO იძლევა ორ ჰიბრიდს 2 sp-აო:
AO ენერგიის დიდი სხვაობით (მაგალითად, 1 სდა 2 რ) არ შევიდეს ჰიბრიდიზაციაში. ჰიბრიდიზაციაში ჩართული რაოდენობის მიხედვით გვ-AO შესაძლებელია შემდეგი სახის ჰიბრიდიზაცია:
ნახშირბადის და აზოტის ატომებისთვის - sp 3 , sp 2 და sp;
ჟანგბადის ატომისთვის - sp 3 , sp 2 ;
ჰალოგენებისთვის - sp 3 .
ჰიბრიდული AO არის ასიმეტრიული და ძლიერ წაგრძელებული ბირთვიდან ერთი მიმართულებით (არარეგულარული ფიგურა-რვა ფორმა).
არაჰიბრიდისგან განსხვავებით ს- ან რ-აო, ერთი ჰყავს დიდი წილი, რომელიც კარგად აყალიბებს ქიმიურ ბმას და მცირე ფრაქციას, რომელიც ჩვეულებრივ არც კი არის გამოსახული. ჰიბრიდირებული AOs ურთიერთქმედებენ სხვადასხვა ტიპის ორბიტალებთან ( ს-, რ- ან ჰიბრიდული AO) სხვა ატომები ჩვეულებრივ იძლევა s-MO, ე.ი. ქმნიან s-ობლიგაციებს. ეს ბმა უფრო ძლიერია ვიდრე არაჰიბრიდული AO-ს ელექტრონების მიერ წარმოქმნილი ბმა უფრო ეფექტური გადახურვის გამო.
3.3.1. sp 3 -ჰიბრიდიზაცია (ტეტრაჰედრული).
ერთი ს- და სამი რ ოთხითანაბარი ფორმით და ენერგიით sp 3-ჰიბრიდული ორბიტალები.
ატომის ორბიტალური მოდელი sp 3 -ჰიბრიდულ მდგომარეობაში.
ნახშირბადის ატომისა და მე-2 პერიოდის სხვა ელემენტებისთვის ეს პროცესი ხდება სქემის მიხედვით:
2s + 2p x + 2p y + 2p z = 4 (2sp 3)
ატომური ორბიტალების sp 3 ჰიბრიდიზაციის სქემა.
sp 3 -ჰიბრიდული ორბიტალების ღერძი მიმართულია რეგულარული ტეტრაედრის წვეროებზე. ტეტრაედრული კუთხე მათ შორის არის 109°28”, რაც შეესაბამება ელექტრონის უკუგდების ყველაზე დაბალ ენერგიას.
პირველად ტეტრაედრის კუთხეებში ნახშირბადის ატომის აფინურობის (ვალენტურობის) ერთეულების მიმართულების იდეა დამოუკიდებლად წამოაყენეს 1874 წელს ვანტ ჰოფმა და ლე ბელმა.
sp 3 - ორბიტალებს შეუძლიათ შექმნან ოთხი s-ბმა სხვა ატომებთან ან ივსებოდეს მარტოხელა წყვილი ელექტრონებით.
და როგორ ვიზუალურად გამოვსახოთ ატომის სივრცითი სტრუქტურა sp 3 მდგომარეობაში ფიგურაში?
ამ შემთხვევაში sp 3 -ჰიბრიდული ორბიტალი გამოსახულია არა როგორც ელექტრონული ღრუბლები, არამედ სწორი ხაზები ან სოლი, ორბიტალის სივრცითი ორიენტაციის მიხედვით. ასეთი სქემატური გამოსახულება გამოიყენება მოლეკულების სტერეოქიმიური (სივრცითი) ფორმულების დაწერისას.
ორბიტალური მოდელიდან (a) გადასვლა სივრცულ ფორმულაზე (ბ).
მეთანის მოლეკულის მაგალითის გამოყენებით ნაჩვენებია სამგანზომილებიანი მოდელები და მოლეკულის სივრცითი (სტერეოქიმიური) ფორმულა sp 3-ნახშირბადის ატომით.
მეთანის მოლეკულის მოდელი
sp 3 - ატომისთვის დამახასიათებელია ჰიბრიდული მდგომარეობა, თუ მასთან დაკავშირებული ატომების და მისი გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილების რაოდენობა არის 4.
ნახშირბადი sp 3 ჰიბრიდულ მდგომარეობაში გვხვდება მარტივ ნივთიერებაში - ალმასში. ეს მდგომარეობა დამახასიათებელია C, N, O და ა.შ. ატომებისთვის, რომლებიც დაკავშირებულია სხვა ატომებთან ცალკეული ბმებით (sp 3 -ატომები მონიშნულია წითლად):
თან H4, რ C H 3, ნ H 3, რ ნ H2, H2 ო, რ ო H, R2 ო;
ასევე ანიონები, როგორიცაა:
R3 C: - რ ო - .
sp 3 ატომის ტეტრაედრული სტრუქტურის შედეგია ორი ოპტიკური სტერეოიზომერის არსებობის შესაძლებლობა ნაერთში, რომელიც შეიცავს ასეთ ატომს ოთხი განსხვავებული შემცვლელით (Vant Hoff, Le Bel, 1874).
3.3.2. sp 2 -ჰიბრიდიზაცია (სიბრტყე-ტრიგონალური).
ერთი ს- და ორი გვორბიტალები ირევა და იქმნება სამიექვივალენტი sp 2-ჰიბრიდული ორბიტალი, რომელიც მდებარეობს იმავე სიბრტყეში 120° კუთხით (მონიშნული ლურჯად). მათ შეუძლიათ შექმნან სამი s-ბმა. მესამე რ-ორბიტალი რჩება არაჰიბრიდირებული და ორიენტირებულია ჰიბრიდული ორბიტალების მდებარეობის სიბრტყეზე პერპენდიკულურად. ეს რ-AO მონაწილეობს p-ბონდის ფორმირებაში.
მე-2 პერიოდის ელემენტებისთვის პროცესი sp 2-ჰიბრიდიზაცია ხდება სქემის მიხედვით:
2s + 2p x + 2p y = 3 (2sp 2) 2p z -AO არ მონაწილეობს ჰიბრიდიზაციაში.
ატომების სივრცითი სტრუქტურის გამოსასახავად sp 2 მდგომარეობაში, გამოიყენება იგივე ტექნიკა, როგორც sp 3 ატომების შემთხვევაში:
გადასვლა ატომის ორბიტალური მოდელიდან sp 2 -ჰიბრიდირებული მდგომარეობიდან (a) სივრცულ ფორმულაზე (b). მოლეკულების სტრუქტურა sp 2 ატომებით აისახება მათ მოდელებში:
ეთილენის მოლეკულის მოდელები
sp 2 - ატომისთვის დამახასიათებელია ჰიბრიდული მდგომარეობა, თუ მასთან დაკავშირებული ატომების და გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილების რაოდენობა ტოლია3
ნახშირბადი sp 2 -ჰიბრიდულ მდგომარეობაში ქმნის მარტივ ნივთიერებას გრაფიტს. ეს მდგომარეობა დამახასიათებელია C, N, O და ა.შ. ორმაგი ბმის მქონე ატომებისთვის (sp 2 -ატომები გამოკვეთილია წითლად):
H2 C=C H2, H2 C=C HR, R2 C=ნ R, R- ნ=ნ-R, R2 C=ო, R- ნ=ო,
და ასევე კათიონებისთვის
R3 C+ და თავისუფალი რადიკალები R3 C · .
ჰიბრიდიზაციის კონცეფცია
ვალენტური ატომური ორბიტალების ჰიბრიდიზაციის კონცეფციაშემოგვთავაზა ამერიკელმა ქიმიკოსმა ლინუს პაულინგმა პასუხის გასაცემად კითხვაზე, თუ რატომ აქვს ცენტრალურ ატომს განსხვავებული (s, p, d) ვალენტური ორბიტალები, მის მიერ წარმოქმნილი ბმები პოლიატომურ მოლეკულებში იგივე ლიგანდებით ექვივალენტურია მათი ენერგიით და სივრცითი მახასიათებლებით. .
ჰიბრიდიზაციის შესახებ იდეები ცენტრალური ადგილია ვალენტური ბმების მეთოდისთვის. ჰიბრიდიზაცია თავისთავად არ არის რეალური ფიზიკური პროცესი, არამედ მხოლოდ მოსახერხებელი მოდელი, რომელიც შესაძლებელს ხდის ახსნას მოლეკულების ელექტრონული სტრუქტურა, კერძოდ, ატომური ორბიტალების ჰიპოთეტური მოდიფიკაციები კოვალენტური ქიმიური ბმის ფორმირებისას, კერძოდ, ქიმიური ნივთიერებების გასწორება. ბმის სიგრძე და ბმის კუთხეები მოლეკულაში.
ჰიბრიდიზაციის კონცეფცია წარმატებით იქნა გამოყენებული მარტივი მოლეკულების ხარისხობრივ აღწერაში, მაგრამ მოგვიანებით გავრცელდა უფრო რთულ მოლეკულებზე. მოლეკულური ორბიტალების თეორიისგან განსხვავებით, ის არ არის მკაცრად რაოდენობრივი, მაგალითად, მას არ შეუძლია წინასწარ განსაზღვროს ისეთი მარტივი მოლეკულების ფოტოელექტრონული სპექტრები, როგორიცაა წყალი. ამჟამად გამოიყენება ძირითადად მეთოდოლოგიური მიზნებისთვის და სინთეზურ ორგანულ ქიმიაში.
ეს პრინციპი აისახება გილესპი-ნიჰოლმის ელექტრონული წყვილების მოგერიების თეორიაში. პირველი და ყველაზე მნიშვნელოვანი წესი, რომელიც ჩამოყალიბდა შემდეგნაირად:
„ელექტრონული წყვილები იღებენ ისეთ განლაგებას ატომის ვალენტურ გარსზე, რომელშიც ისინი მაქსიმალურად შორს არიან ერთმანეთისგან, ანუ ელექტრონული წყვილები ისე იქცევიან, თითქოს ერთმანეთს იგერიებენ“.მეორე წესი არის ის "ვალენტურობის ელექტრონულ გარსში შემავალი ყველა ელექტრონული წყვილი ითვლება ბირთვიდან იმავე მანძილზე"..
ჰიბრიდიზაციის სახეები
sp ჰიბრიდიზაცია
ხდება ერთი s- და ერთი p-ორბიტალის შერევისას. წარმოიქმნება ორი ექვივალენტი sp-ატომური ორბიტალი, რომლებიც განლაგებულია წრფივად 180 გრადუსიანი კუთხით და მიმართულია ნახშირბადის ატომის ბირთვიდან სხვადასხვა მიმართულებით. დარჩენილი ორი არაჰიბრიდული p-ორბიტალი განლაგებულია ორმხრივ პერპენდიკულარულ სიბრტყეში და მონაწილეობს π-ბმების ფორმირებაში, ან დაკავებულია ელექტრონების მარტოხელა წყვილებით.
sp 2 ჰიბრიდიზაცია
ხდება ერთი s- და ორი p-ორბიტალის შერევისას. სამი ჰიბრიდული ორბიტალი იქმნება ღერძებით, რომლებიც მდებარეობს იმავე სიბრტყეში და მიმართულია სამკუთხედის წვეროებზე 120 გრადუსიანი კუთხით. არაჰიბრიდული p-ატომური ორბიტალი სიბრტყის პერპენდიკულარულია და, როგორც წესი, მონაწილეობს π-ბმების ფორმირებაში.
sp 3 ჰიბრიდიზაცია
წარმოიქმნება ერთი s- და სამი p-ორბიტალის შერევისას, წარმოიქმნება თანაბარი ფორმისა და ენერგიის ოთხი sp3-ჰიბრიდული ორბიტალი. მათ შეუძლიათ შექმნან ოთხი σ-ბმა სხვა ატომებთან ან ივსონ ელექტრონების მარტოხელა წყვილით.
sp3-ჰიბრიდული ორბიტალების ღერძი მიმართულია რეგულარული ტეტრაედრის წვეროებზე. ტეტრაედრული კუთხე მათ შორის არის 109°28", რაც შეესაბამება ელექტრონების უკუგდების ყველაზე დაბალ ენერგიას. Sp3 ორბიტალებს ასევე შეუძლიათ შექმნან ოთხი σ-ბმა სხვა ატომებთან ან ივსონ ელექტრონების გაუზიარებელი წყვილით.
ჰიბრიდიზაცია და მოლეკულური გეომეტრია
იდეები ატომური ორბიტალების ჰიბრიდიზაციის შესახებ ეფუძნება გილესპი-ნიჰოლმის თეორიას ელექტრონული წყვილების მოგერიების შესახებ. ჰიბრიდიზაციის თითოეული ტიპი შეესაბამება ცენტრალური ატომის ჰიბრიდული ორბიტალების მკაცრად განსაზღვრულ სივრცულ ორიენტაციას, რაც საშუალებას აძლევს მას გამოიყენოს სტერეოქიმიური ცნებების საფუძველი არაორგანულ ქიმიაში.
ცხრილში მოცემულია ჰიბრიდიზაციის ყველაზე გავრცელებულ ტიპებსა და მოლეკულების გეომეტრიულ სტრუქტურას შორის შესაბამისობის მაგალითები, იმ ვარაუდით, რომ ყველა ჰიბრიდული ორბიტალი მონაწილეობს ქიმიური ბმების ფორმირებაში (არ არსებობს გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილი).
| ჰიბრიდიზაციის ტიპი | ნომერი ჰიბრიდული ორბიტალები |
გეომეტრია | სტრუქტურა | მაგალითები |
|---|---|---|---|---|
| sp | 2 | ხაზოვანი | BeF 2, CO 2, NO 2 + | |
| sp 2 | 3 | სამკუთხა |  |
BF 3, NO 3 -, CO 3 2- |
| sp 3 | 4 | ოთხკუთხედი |  |
CH 4, ClO 4 -, SO 4 2-, NH 4 + |
| dsp2 | 4 | ბრტყელი მოედანი |  |
Ni(CO) 4, XeF 4 |
| sp 3 d | 5 | ჰექსაედრული |  |
PCl 5, AsF 5 |
| sp 3 d 2 | 6 | ოქტაედარი |  |
SF 6, Fe(CN) 6 3- , CoF 6 3- |
ბმულები
ლიტერატურა
- პაულინგ ლ.ქიმიური ბმის ბუნება / პერ. ინგლისურიდან. M. E. დიატკინა. რედ. პროფ. ია.კ.სირკინა. - მ. ლ.: გოშიმიზდატი, 1947. - 440გვ.
- პაულინგ ლ.ზოგადი ქიმია. პერ. ინგლისურიდან. - M .: Mir, 1974. - 846გვ.
- Minkin V. I., Simkin B. Ya., Minyaev R. M.მოლეკულების სტრუქტურის თეორია. - როსტოვ-დონზე: Phoenix, 1997. - S. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7
- გილესპი რ.მოლეკულების გეომეტრია / პერ. ინგლისურიდან. E. Z. Zasorina და V. S. Mastryukov, ed. იუ.ა.პენტინა. - M .: Mir, 1975. - 278გვ.
იხილეთ ასევე
შენიშვნები
ფონდი ვიკიმედია. 2010 წ.
ყველაზე გავრცელებული ჰიბრიდიზაციაა sp, sp 2 , sp 3 და sp 3 d 2 . ჰიბრიდიზაციის თითოეული ტიპი შეესაბამება ნივთიერების მოლეკულების გარკვეულ სივრცულ სტრუქტურას.
sp ჰიბრიდიზაცია. ამ ტიპის ჰიბრიდიზაცია შეინიშნება, როდესაც ატომი ქმნის ორ ბმას ელექტრონების გამო, რომლებიც მდებარეობს s-ორბიტალზე და იმავე p-ორბიტალზე (იგივე ენერგეტიკული დონის). ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ორი ჰიბრიდული q-ორბიტალი, რომლებიც მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით 180º კუთხით (ნახ. 22).
ბრინჯი. 22. sp-ჰიბრიდიზაციის სქემა
sp-ჰიბრიდიზაციის დროს წარმოიქმნება AB 2 ტიპის წრფივი ტრიატომური მოლეკულები, სადაც A არის ცენტრალური ატომი, რომელშიც ხდება ჰიბრიდიზაცია და B არის მიმაგრებული ატომები, რომლებშიც ჰიბრიდიზაცია არ ხდება. ასეთ მოლეკულებს ქმნიან ბერილიუმის, მაგნიუმის, აგრეთვე ნახშირბადის ატომები აცეტილენში (C 2 H 2) და ნახშირორჟანგში (CO 2).
მაგალითი 5ახსენით BeH 2 და BeF 2 მოლეკულების ქიმიური ბმა და ამ მოლეკულების სტრუქტურა.
გადაწყვეტილება.ბერილიუმის ატომები ნორმალურ მდგომარეობაში არ ქმნიან ქიმიურ ბმებს, რადგან არ აქვთ დაუწყვილებელი ელექტრონები (2s 2). აღგზნებულ მდგომარეობაში (2s 1 2p 1) ელექტრონები არიან სხვადასხვა ორბიტალებში; ამიტომ, როდესაც ბმები იქმნება, sp ჰიბრიდიზაცია ხდება ნახატზე ნაჩვენები სქემის მიხედვით. 22. წყალბადის ან ფტორის ორი ატომი მიმაგრებულია ორ ჰიბრიდულ ორბიტალზე, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 23.
1) 
2)
ბრინჯი. 23. BeH 2 (1) და BeF 2 (2) მოლეკულების წარმოქმნის სქემა.
მიღებული მოლეკულები წრფივია, კავშირის კუთხე არის 180º.
მაგალითი 6ექსპერიმენტული მონაცემების მიხედვით, CO 2 მოლეკულა წრფივია და ნახშირბადის ორივე ბმა ჟანგბადთან არის იგივე სიგრძით (0,116 ნმ) და ენერგიით (800 კჯ/მოლ). როგორ აიხსნება ეს მონაცემები?
გადაწყვეტილება. ეს მონაცემები ნახშირორჟანგის მოლეკულაზე აიხსნება მისი ფორმირების შემდეგი მოდელით.
ნახშირბადის ატომი აყალიბებს ობლიგაციებს აღგზნებულ მდგომარეობაში, რომელშიც მას აქვს ოთხი დაუწყვილებელი ელექტრონი: 2s 1 2p 3. როდესაც ბმები იქმნება, ხდება ორბიტალების sp ჰიბრიდიზაცია. ჰიბრიდული ორბიტალები მიმართულია სწორი ხაზით ატომის ბირთვისგან საპირისპირო მიმართულებით, ხოლო დარჩენილი ორი სუფთა (არაჰიბრიდული) p-ორბიტალი განლაგებულია ერთმანეთის და ჰიბრიდული ორბიტალების პერპენდიკულარულად. ყველა ორბიტალი (ჰიბრიდული და არაჰიბრიდული) შეიცავს ერთ დაუწყვილებელ ელექტრონს.
ჟანგბადის თითოეული ატომი, რომელსაც აქვს ორი დაუწყვილებელი ელექტრონი ორ ორმხრივ პერპენდიკულარულ p-ორბიტალში, ერთვის ნახშირბადის ატომს s-ბმა და p-ბმა: s-ბმა იქმნება ჰიბრიდული ნახშირბადის ორბიტალის მონაწილეობით და p-ბმა წარმოიქმნება ნახშირბადის ატომებისა და ჟანგბადის სუფთა p-ორბიტალების გადაფარვით. CO 2 მოლეკულაში ბმების წარმოქმნა ნაჩვენებია ნახ. 24.
ბრინჯი. 24. CO 2 მოლეკულის წარმოქმნის სქემა
ორს ტოლი ბმის სიმრავლე ხსნის კავშირის უფრო დიდ სიძლიერეს, ხოლო sp ჰიბრიდიზაცია ხსნის მოლეკულის ხაზოვან სტრუქტურას.
ერთი s და ორი p ორბიტალის შერევა ეწოდება sp 2 ჰიბრიდიზაცია. ამ ჰიბრიდიზაციით მიიღება სამი ექვივალენტი q-ორბიტალი, რომლებიც განლაგებულია იმავე სიბრტყეში 120º კუთხით (ნახ. 25).
ბრინჯი. 25. sp 2 ჰიბრიდიზაციის სქემა
ამ ჰიბრიდიზაციის დროს წარმოქმნილ AB 3 ტიპის მოლეკულებს აქვთ ბრტყელი რეგულარული სამკუთხედის ფორმა, A ატომებით ცენტრში და B ატომებით მის წვეროებზე. ასეთი ჰიბრიდიზაცია ხდება ბორის ატომებში და მესამე ჯგუფის სხვა ელემენტებში და ნახშირბადის ატომებში C 2 H 4 მოლეკულაში და CO 3 2- იონში.
მაგალითი 7ახსენით ВН 3 მოლეკულაში ქიმიური ბმების წარმოქმნა და მისი აგებულება.
გადაწყვეტილება.ექსპერიმენტულმა კვლევებმა აჩვენა, რომ BH 3 მოლეკულაში სამივე B–H ბმა განლაგებულია ერთ სიბრტყეში, ბმებს შორის კუთხეებია 120º. მოლეკულის ეს სტრუქტურა აიხსნება იმით, რომ ვალენტური ორბიტალები, რომლებიც დაკავებულია დაუწყვილებელი ელექტრონებით (2s 1 2p 2) ბორის ატომში აგზნებულ მდგომარეობაშია შერეული და აყალიბებს კავშირებს sp 2 ჰიბრიდულ ორბიტალებთან. VN 3 მოლეკულის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 26.
ბრინჯი. 26. ВН 3 მოლეკულის ფორმირების სქემა
თუ ერთი s- და სამი p-ორბიტალი მონაწილეობს ჰიბრიდიზაციაში ( sp 3 ჰიბრიდიზაცია), შემდეგ შედეგად წარმოიქმნება ოთხი ჰიბრიდული ორბიტალი, მიმართული ტეტრაედრის წვეროებისკენ, ე.ი. ორიენტირებულია 109º28¢ (~109.5º) კუთხით ერთმანეთთან. მიღებულ მოლეკულებს აქვთ ტეტრაედრული სტრუქტურა. ამ ტიპის ჰიბრიდიზაცია ხსნის გაჯერებული ნახშირწყალბადების, ნახშირბადის ნაერთების ჰალოგენებთან, მრავალი სილიციუმის ნაერთების, ამონიუმის კატიონის NH 4 + და ა.შ. სტრუქტურას. ამ ჰიბრიდიზაციის კლასიკური მაგალითია მეთანის მოლეკულა CH 4 (ნახ. 27).
ბრინჯი. 27. CH 4 მოლეკულაში ქიმიური ბმების წარმოქმნის სქემა
თუ ერთი s-, სამი p- და ორი d-ორბიტალი მონაწილეობს ჰიბრიდიზაციაში ( sp 3 d 2 - ჰიბრიდიზაცია), შემდეგ ჩნდება ექვსი ჰიბრიდული ორბიტალი, რომლებიც მიმართულია ოქტაედრის წვეროებზე, ე.ი. ერთმანეთზე ორიენტირებული 90º კუთხით. მიღებულ მოლეკულებს აქვთ ოქტაედრული სტრუქტურა. ამ ტიპის ჰიბრიდიზაცია ხსნის გოგირდის, სელენისა და თელურიუმის ნაერთების სტრუქტურას ჰალოგენებთან, მაგალითად, SF 6 და SeF 6 და მრავალი რთული იონებით: 2–, 3– და ა.შ. ნახ. 28 გვიჩვენებს გოგირდის ჰექსაფტორიდის მოლეკულის წარმოქმნას.
ბრინჯი. 28. SF 6 მოლეკულის სქემა
ქიმიური ბმები, რომლებიც მოიცავს ჰიბრიდულ ორბიტალებს, ძალიან ძლიერია. თუ "სუფთა" s-ორბიტალებით წარმოქმნილი s-ბმის ენერგია ერთიანობად მიიღება, მაშინ კავშირის ენერგია sp ჰიბრიდიზაციის დროს იქნება 1.43, sp 2 ჰიბრიდიზაციისას 1.99, sp 3 ჰიბრიდიზაციისას 2.00 და sp 3 d 2 ჰიბრიდიზაციისას 2.92. . კავშირის სიმტკიცის ზრდა აიხსნება ქიმიური ბმის წარმოქმნის დროს ჰიბრიდული ორბიტალების არაჰიბრიდებთან უფრო სრული გადაფარვით.
განხილული ჰიბრიდიზაციის ტიპების გარდა, sp 2 d, sp 3 d, sp 3 d 3, sp 3 d 3 და სხვა ჰიბრიდიზაცია ხდება ქიმიურ ნაერთებში. sp 2 d-ჰიბრიდიზაციით მოლეკულებს და იონებს აქვთ კვადრატული ფორმა, sp 3 d-ჰიბრიდიზაციით მათ აქვთ ტრიგონალური ბიპირამიდის ფორმა და sp 3 d 3 ჰიბრიდიზაციით ხუთკუთხა ბიპირამიდა. ჰიბრიდიზაციის სხვა ტიპები იშვიათია.
მაგალითი 8მოცემულია ორი მსგავსი რეაქციის განტოლება:
1) CF 4 + 2HF = H 2 CF 6; 2) SiF 4 + 2HF = H 2 SiF 6
რომელი მათგანია შეუძლებელი ქიმიური ბმების წარმოქმნის თვალსაზრისით?
გადაწყვეტილება. H 2 CF 6-ის ფორმირებისთვის საჭიროა sp 3 d 2 ჰიბრიდიზაცია, მაგრამ ნახშირბადის ატომში ვალენტური ელექტრონები მეორე ენერგეტიკულ დონეზეა, რომელშიც არ არის d-ორბიტალები. ამიტომ, პირველი რეაქცია პრინციპში შეუძლებელია. მეორე რეაქცია შესაძლებელია, რადგან sp 3 d 2 ჰიბრიდიზაცია შესაძლებელია სილიციუმში.
ბევრი გვესმის ჰიბრიდების შესახებ. ფილმები და წიგნები მოგვითხრობენ მათ შესახებ და მეცნიერებაც მათ განიხილავს. პირველ ორ წყაროში ჰიბრიდები ძალიან საშიში არსებებია. მათ შეუძლიათ ბევრი ბოროტების მოტანა. მაგრამ ჰიბრიდიზაცია ყოველთვის არ არის ცუდი. საკმაოდ ხშირად კარგია.
ჰიბრიდიზაციის მაგალითია თითოეული ადამიანი. ჩვენ ყველანი ორი ადამიანის - მამისა და დედის ჰიბრიდები ვართ. ამრიგად, კვერცხუჯრედისა და სპერმის შერწყმაც ერთგვარი ჰიბრიდიზაციაა. სწორედ ეს მექანიზმია ევოლუცია წინსვლის საშუალებას. ამ შემთხვევაში ასევე ხდება ჰიბრიდიზაცია უარყოფითი ნიშნით. მოდით შევხედოთ ამ ფენომენს ზოგადად.
ჰიბრიდიზაციის ზოგადი იდეა
თუმცა, არა მხოლოდ ბიოლოგია მოიცავს ამ კონცეფციას. და მოდით შესავალში, მაგალითი განიხილებოდა ჰიბრიდებთან, როგორც გაუგებარი ბიოლოგიური სახეობის სრულფასოვანი ინდივიდებით. თუმცა, ეს კონცეფცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა მეცნიერებებში. და ამ ტერმინის მნიშვნელობა გარკვეულწილად განსხვავებული იქნება. მაგრამ ამავე დროს, ჯერ კიდევ არის რაღაც საერთო. ეს არის სიტყვა "კავშირი", რომელიც აერთიანებს ამ ტერმინის ყველა შესაძლო მნიშვნელობას.
სად არსებობს ეს კონცეფცია?
ტერმინი „ჰიბრიდიზაცია“ გამოიყენება მთელ რიგ მეცნიერებებში. და რადგან ამჟამად არსებული დისციპლინების უმეტესობა იკვეთება, ჩვენ შეგვიძლია უსაფრთხოდ ვისაუბროთ ამ ტერმინის თითოეული მნიშვნელობის გამოყენებაზე ნებისმიერ მეცნიერებაში, ამა თუ იმ გზით, რომელიც დაკავშირებულია ბუნების კვლევის ფილიალებთან. თუმცა, ეს ტერმინი ყველაზე აქტიურად გამოიყენება:
- ბიოლოგია. სწორედ აქედან გაჩნდა ჰიბრიდის კონცეფცია. თუმცა, როგორც ყოველთვის, მეცნიერებიდან ყოველდღიურობაზე გადასვლისას ადგილი ჰქონდა ფაქტების გარკვეულ დამახინჯებას. ჩვენ გვესმის ჰიბრიდი, როგორც ინდივიდი, რომელიც წარმოიქმნება ორი სხვა სახეობის შეჯვარების შედეგად. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ყოველთვის ასე არ არის.
- Ქიმია. ეს კონცეფცია გულისხმობს რამდენიმე ორბიტალის შერევას - ერთგვარი ბილიკები ელექტრონების გადაადგილებისთვის.
- ბიოქიმია. აქ მთავარი კონცეფციაა დნმ-ის ჰიბრიდიზაცია.
როგორც ხედავთ, მესამე წერტილი ორი მეცნიერების შეერთებაზეა. და ეს აბსოლუტურად ნორმალური პრაქტიკაა. ერთსა და იმავე ტერმინს შეუძლია შექმნას სრულიად განსხვავებული მნიშვნელობა ორი მეცნიერების შეერთებისას. მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ ჰიბრიდიზაციის კონცეფცია ამ მეცნიერებებში.
რა არის ჰიბრიდი?
ჰიბრიდი არის არსება, რომელიც აღმოჩნდა ჰიბრიდიზაციის პროცესში. ეს კონცეფცია ეხება ბიოლოგიას. ჰიბრიდების მიღება შესაძლებელია როგორც შემთხვევით, ასევე განზრახ. პირველ შემთხვევაში, ეს შეიძლება აღმოჩნდეს ცხოველები, რომლებიც იქმნება ორი განსხვავებული სახეობის არსების შეჯვარების პროცესში.
მაგალითად, ისინი საუბრობენ იმაზე, თუ როგორ ჰყავთ კატებსა და ძაღლებს შვილები, რომლებიც არ არიან ერთ-ერთი მათგანი. ზოგჯერ ჰიბრიდები იქმნება განზრახ. მაგალითად, როცა გარგარს ალუბალი ემაგრება, საქმე გვაქვს განსაკუთრებულ ჰიბრიდიზაციასთან.
ჰიბრიდიზაცია ბიოლოგიაში
ბიოლოგია საინტერესო მეცნიერებაა. და მასში ჰიბრიდიზაციის კონცეფცია არანაკლებ მომხიბლავია. ეს ტერმინი გულისხმობს სხვადასხვა უჯრედის გენეტიკური მასალის გაერთიანებას ერთში. ეს შეიძლება იყოს ერთი სახეობის წარმომადგენელი ან რამდენიმე. შესაბამისად, არსებობს ჰიბრიდიზაციის ასეთ სახეობებად დაყოფა.
- ინტრასპეციფიკური ჰიბრიდიზაცია. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ერთი და იმავე სახეობის ორი ინდივიდი ქმნის შთამომავალს. ინტრასპეციფიკური ჰიბრიდიზაციის მაგალითად შეიძლება ჩაითვალოს ადამიანი. აღმოჩნდა ერთი ბიოლოგიური სახეობის წარმომადგენელთა ჩანასახოვანი უჯრედების შერწყმის პროცესში.
- სახეობათაშორისი ჰიბრიდიზაცია. ეს ხდება მაშინ, როდესაც მსგავსი, მაგრამ სხვადასხვა სახეობის კუთვნილი ცხოველები ერთმანეთს ერევიან. მაგალითად, ცხენისა და ზებრის ჰიბრიდი.
- შორეული ჰიბრიდიზაცია. ეს მაშინ, როდესაც სულ მცირე ერთი სახეობის წარმომადგენლები ერთმანეთს ერევიან, მაგრამ ამავე დროს ისინი არ არიან გაერთიანებული ოჯახური კავშირებით.
თითოეული ეს ჯიში ხელს უწყობს არა მხოლოდ ევოლუციას. მეცნიერები ასევე აქტიურად ცდილობენ გადაკვეთონ სხვადასხვა ტიპის ცოცხალი არსებები. ის საუკეთესოდ მუშაობს მცენარეებთან. ამის რამდენიმე მიზეზი არსებობს:
- სხვადასხვა რაოდენობის ქრომოსომა. თითოეულ სახეობას აქვს არა მხოლოდ ქრომოსომების გარკვეული რაოდენობა, არამედ მათი ნაკრები. ეს ყველაფერი ხელს უშლის შთამომავლობის გამრავლებას.
- მხოლოდ ჰიბრიდულ მცენარეებს შეუძლიათ გამრავლება. და ეს ყოველთვის ასე არ არის.
- მხოლოდ მცენარეები შეიძლება იყოს პოლიპლოიდური. იმისათვის, რომ მცენარე გამრავლდეს, ის უნდა გახდეს პოლიპლოიდური. ცხოველების შემთხვევაში, ეს არის გარკვეული სიკვდილი.
- ვეგეტატიური ჰიბრიდიზაციის შესაძლებლობა. ეს არის ძალიან მარტივი და მოსახერხებელი გზა რამდენიმე მცენარის ჰიბრიდების შესაქმნელად.
ეს არის მიზეზები, რის გამოც ბევრად უფრო ადვილი და ეფექტურია ორი მცენარის გადაკვეთა. ცხოველების შემთხვევაში, ალბათ, მომავალში შესაძლებელი იქნება გამრავლების შესაძლებლობის მიღწევა. მაგრამ ამ დროისთვის ბიოლოგიაში ოფიციალურად ითვლება მოსაზრება, რომ ჰიბრიდული ცხოველები კარგავენ გამრავლების უნარს, რადგან ეს პიროვნებები გენეტიკურად არასტაბილურები არიან. ამიტომ, უცნობია, რა შეიძლება გამოიწვიოს მათმა გამრავლებამ.
ჰიბრიდიზაციის სახეები ბიოლოგიაში
ბიოლოგია საკმაოდ ფართო მეცნიერებაა თავისი სპეციალობით. არსებობს ორი სახის ჰიბრიდიზაცია, რომელსაც ის უზრუნველყოფს:
- გენეტიკური. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ორი უჯრედი ერთდება ქრომოსომების უნიკალური ნაკრებით.
- ბიოქიმიური. ამ სახეობის მაგალითია დნმ-ის ჰიბრიდიზაცია. ეს ხდება მაშინ, როდესაც დამატებითი ნუკლეინის მჟავები ერწყმის ერთ დნმ-ს.
შეიძლება დაიყოს უფრო ჯიშებად. მაგრამ ჩვენ ეს გავაკეთეთ წინა ქვეთავში. ამრიგად, შორეული და ინტრასპეციფიკური ჰიბრიდიზაცია პირველი ტიპის კომპონენტებია. და იქ კლასიფიკაცია კიდევ უფრო ფართოვდება.
ვეგეტატიური ჰიბრიდიზაციის კონცეფცია
ვეგეტატიური ჰიბრიდიზაცია არის კონცეფცია ბიოლოგიაში, რომელიც გულისხმობს ორი მცენარის ერთგვარ შეჯვარებას, რომლის დროსაც ერთი სახეობის ნაწილი მეორეზე იღებს ფესვებს. ანუ, ჰიბრიდიზაცია ხდება სხეულის ორი განსხვავებული ნაწილის კომბინაციის გამო. დიახ, ასე შეიძლება მცენარის დახასიათება. ყოველივე ამის შემდეგ, მას ასევე აქვს საკუთარი ორგანოები, გაერთიანებული მთელ სისტემაში. ამიტომ, თუ მცენარეს ორგანიზმს ეძახით, ამაში ცუდი არაფერია.
ვეგეტატიურ ჰიბრიდიზაციას აქვს მთელი რიგი უპირატესობები. Ეს არის:
- მოხერხებულობა.
- Სიმარტივე.
- ეფექტურობა.
- პრაქტიკულობა.
ეს უპირატესობები ამ ტიპის გადაკვეთას ძალიან პოპულარულს ხდის მებოსტნეებში. ასევე არსებობს სომატური ჰიბრიდიზაცია. ეს ხდება მაშინ, როდესაც კვეთს არა ჩანასახები, არამედ სომატური, უფრო სწორად, მათი პროტოპლასტები. გადაკვეთის ეს მეთოდი ხორციელდება მაშინ, როდესაც შეუძლებელია ჰიბრიდის შექმნა სტანდარტული სექსუალური საშუალებებით რამდენიმე მცენარეს შორის.
ჰიბრიდიზაცია ქიმიაში
მაგრამ ახლა ცოტათი გადავუხვიეთ ბიოლოგიას და ვისაუბრებთ სხვა მეცნიერებაზე. ქიმიაში არსებობს ცნება, მას უწოდებენ "ატომური ორბიტალების ჰიბრიდიზაციას". ეს ძალიან რთული ტერმინია, მაგრამ თუ ცოტა გესმით ქიმიის შესახებ, მაშინ მასში რთული არაფერია. ჯერ უნდა აგიხსნათ რა არის ორბიტალი.
ეს არის ერთგვარი გზა, რომლის გასწვრივ ელექტრონი მოძრაობს. ამას სკოლაში გვასწავლიდნენ. და თუ მოხდება, რომ ეს სხვადასხვა ტიპის ორბიტალები შერეულია, მიიღება ჰიბრიდი. არსებობს სამი სახის ფენომენი, რომელსაც ეწოდება "ორბიტალური ჰიბრიდიზაცია". ეს არის ჯიშები:
- sp ჰიბრიდიზაცია - ერთი s და მეორე p ორბიტალი;
- sp 2 ჰიბრიდიზაცია - ერთი s და ორი p ორბიტალი;
- sp 3 ჰიბრიდიზაცია - დაკავშირებულია ერთი s და სამი p ორბიტალი.
ეს თემა საკმაოდ რთული შესასწავლია და ის განუყოფლად უნდა იქნას გათვალისწინებული დანარჩენი თეორიისგან. უფრო მეტიც, ორბიტალების ჰიბრიდიზაციის კონცეფცია უფრო ამ თემის დასასრულს ეხება და არა დასაწყისს. ყოველივე ამის შემდეგ, თქვენ უნდა შეისწავლოთ ორბიტალების კონცეფცია, რა არის ისინი და ა.შ.
დასკვნები
ასე რომ, ჩვენ გავარკვიეთ "ჰიბრიდიზაციის" კონცეფციის მნიშვნელობა. ეს საკმარისად საინტერესო გამოდის. ბევრისთვის ეს იყო აღმოჩენა, რომ ქიმიას ასევე აქვს ეს კონცეფცია. მაგრამ თუ ასეთმა ადამიანებმა ეს არ იცოდნენ, რისი სწავლა შეეძლოთ? ასე რომ, არის განვითარება. მნიშვნელოვანია არ შეწყვიტოთ ერუდიციის ვარჯიში, რადგან ეს აუცილებლად დაგახასიათებთ კარგ მხარეზე.
