Momentele dipolare ale moleculelor
Metoda legăturii de valență se bazează pe premisa că fiecare pereche de atomi dintr-o particulă chimică este ținută împreună de una sau mai multe perechi de electroni. Aceste perechi de electroni aparțin a doi atomi legați și sunt localizați în spațiul dintre ei. Datorită atracției nucleelor atomilor legați de acești electroni, ia naștere o legătură chimică.
Orbitali atomici suprapusi
Când descriem structura electronică a unei particule chimice, electronii, inclusiv cei socializați, sunt denumiți atomi individuali, iar stările lor sunt descrise prin orbitali atomici. La rezolvarea ecuației Schrödinger, funcția de undă aproximativă este aleasă astfel încât să dea energia electronică minimă a sistemului, adică cea mai mare valoare a energiei de legare. Această condiție se realizează cu cea mai mare suprapunere a orbitalilor aparținând unei legături. Astfel, o pereche de electroni care leagă doi atomi se află în regiunea de suprapunere a orbitalilor lor atomici.
Orbitalii suprapusi trebuie sa aiba aceeasi simetrie fata de axa internucleara.
Suprapunerea orbitalilor atomici de-a lungul liniei care leagă nucleele atomilor duce la formarea de legături σ. Doar o legătură σ este posibilă între doi atomi dintr-o particulă chimică. Toate legăturile σ au simetrie axială în jurul axei internucleare. Fragmente de particule chimice se pot roti în jurul axei internucleare fără a încălca gradul de suprapunere a orbitalilor atomici care formează legături σ. Un set de legături σ direcționate, strict orientate spațial, creează structura unei particule chimice.
Odată cu suprapunerea suplimentară a orbitalilor atomici perpendiculari pe linia de legătură, se formează legături π.
Ca rezultat, apar legături multiple între atomi:
| Singur (σ) | Dublu (σ + π) | Triplu (σ + π + π) |
| F−F | O=O | N≡N |
Odată cu apariția unei legături π care nu are simetrie axială, rotația liberă a fragmentelor unei particule chimice în jurul legăturii σ devine imposibilă, deoarece ar trebui să conducă la ruperea legăturii π. Pe lângă legăturile σ și π, este posibilă formarea unui alt tip de legătură - legătura δ:
De obicei, o astfel de legătură se formează după formarea legăturilor σ și π de către atomi în prezența atomilor d- și f-orbitale prin suprapunerea „petalelor” lor în patru locuri deodată. Ca urmare, multiplicitatea comunicării poate crește până la 4-5.
De exemplu, în ionul octaclorodirenat(III)-2- se formează patru legături între atomii de reniu.
Mecanisme de formare a legăturilor covalente
Există mai multe mecanisme pentru formarea unei legături covalente: schimb valutar(echivalent), donator-acceptator, dativ.
Când se utilizează mecanismul de schimb, formarea unei legături este considerată ca rezultat al împerecherii spinilor electronilor liberi ai atomilor. În acest caz, doi orbitali atomici ai atomilor vecini se suprapun, fiecare dintre care este ocupat de un electron. Astfel, fiecare dintre atomii legați alocă perechi de electroni pentru socializare, ca și cum i-ar schimba. de exemplu, atunci când o moleculă de trifluorura de bor este formată din atomi, trei orbitali atomici de bor, fiecare dintre care are câte un electron, se suprapun cu trei orbitali atomici a trei atomi de fluor (fiecare dintre ei are și un electron nepereche). Ca rezultat al împerecherii electronilor, trei perechi de electroni apar în regiunile suprapuse ale orbitalilor atomici corespunzători, legând atomii într-o moleculă.
Conform mecanismului donor-acceptor, un orbital cu o pereche de electroni ai unui atom și un orbital liber al altui atom se suprapun. În acest caz, o pereche de electroni apare și în regiunea de suprapunere. Conform mecanismului donor-acceptor, de exemplu, are loc adăugarea unui ion de fluorură la o moleculă de trifluorura de bor. Vacant R-orbitalul de bor (acceptorul de pereche de electroni) din molecula BF 3 se suprapune cu R-orbital al ionului F −, care acționează ca donor de pereche de electroni. În ionul format, toate cele patru legături covalente bor-fluor sunt echivalente ca lungime și energie, în ciuda diferenței în mecanismul formării lor.
Atomi a căror înveliș electronic exterior este format numai din s- și R-orbitalii pot fi fie donatori, fie acceptori ai unei perechi de electroni. Atomi a căror înveliș electronic exterior include d-orbitalii pot acționa atât ca donor, cât și ca acceptor de perechi de electroni. În acest caz, se ia în considerare mecanismul dativ al formării legăturilor. Un exemplu de manifestare a mecanismului dativ în formarea unei legături este interacțiunea a doi atomi de clor. Doi atomi de clor din molecula de Cl 2 formează o legătură covalentă prin mecanismul de schimb, combinând cei 3 neperechi. R-electroni. În plus, există o suprapunere 3 R-orbitalii atomului Cl-1, pe care se afla o pereche de electroni, si vacant 3 d-orbitalii atomului de Cl-2, precum și suprapunerea 3 R-orbitalii atomului Cl-2, care are o pereche de electroni, și vacant 3 d-orbitalii atomului de Cl-1. Acțiunea mecanismului dativ duce la creșterea forței legăturii. Prin urmare, molecula de Cl 2 este mai puternică decât molecula F 2, în care legătura covalentă se formează numai prin mecanismul de schimb:
Hibridarea orbitalilor atomici
La determinarea formei geometrice a unei particule chimice, trebuie luat în considerare faptul că perechile de electroni externi ai atomului central, inclusiv cei care nu formează o legătură chimică, sunt amplasați în spațiu cât mai departe unul de celălalt.
Când se iau în considerare legăturile chimice covalente, este adesea folosit conceptul de hibridizare a orbitalilor atomului central - alinierea energiei și formei acestora. Hibridizarea este o tehnică formală utilizată pentru descrierea chimică cuantică a rearanjarii orbitalilor în particule chimice în comparație cu atomii liberi. Esența hibridizării orbitalilor atomici este că un electron în apropierea nucleului unui atom legat nu este caracterizat de un orbital atomic separat, ci de o combinație de orbitali atomici cu același număr cuantic principal. Această combinație se numește orbital hibrid (hibridizat). De regulă, hibridizarea afectează doar orbitalii atomici mai mari și aproape de energie ocupați de electroni.
Ca urmare a hibridizării, apar noi orbitali hibrizi (Fig. 24), care sunt orientați în spațiu astfel încât perechile de electroni (sau electronii neperechi) situate pe ei să fie cât mai departe unul de celălalt, ceea ce corespunde cu energia minimă a respingerii interelectronilor. Prin urmare, tipul de hibridizare determină geometria moleculei sau ionului.
TIPURI DE HIBRIDIZARE
| Tip de hibridizare | formă geometrică | Unghiul dintre legături | Exemple |
| sp | liniar | 180o | BeCl2 |
| sp 2 | triunghiular | 120o | BCl 3 |
| sp 3 | tetraedric | 109,5o | CH 4 |
| sp 3 d | trigonal-bipiramidal | 90o; 120o | PCl 5 |
| sp 3 d 2 | octaedric | 90o | SF6 |
Hibridizarea implică nu numai electroni de legătură, ci și perechi de electroni neîmpărțiți. De exemplu, o moleculă de apă conține două legături chimice covalente între un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen.
Pe lângă două perechi de electroni comuni cu atomii de hidrogen, atomul de oxigen are două perechi de electroni externi care nu participă la formarea legăturilor (perechi de electroni singuri). Toate cele patru perechi de electroni ocupă anumite regiuni din spațiul din jurul atomului de oxigen.
Deoarece electronii se resping reciproc, norii de electroni sunt amplasați cât mai departe unul de celălalt. În acest caz, ca urmare a hibridizării, forma orbitalilor atomici se modifică, ei sunt alungiți și îndreptați către vârfurile tetraedrului. Prin urmare, molecula de apă are o formă unghiulară, iar unghiul dintre legăturile oxigen-hidrogen este de 104,5 o.
Pentru a prezice tipul de hibridizare, este convenabil de utilizat mecanism donor-acceptor formarea legăturilor: orbitalii gol ai unui element mai puțin electronegativ și orbitalii unui element mai electronegativ se suprapun cu perechile de electroni de pe ele. La compilarea configurațiilor electronice ale atomilor, acestea sunt luate în considerare stari de oxidare este un număr condiționat care caracterizează sarcina unui atom dintr-un compus, calculat pe baza ipotezei structurii ionice a substanței.
Pentru a determina tipul de hibridizare și forma unei particule chimice, procedați după cum urmează:
Prezența legăturilor π nu afectează tipul de hibridizare. Cu toate acestea, prezența unei legături suplimentare poate duce la o schimbare a unghiurilor de legătură, deoarece electronii legăturilor multiple se resping reciproc mai puternic. Din acest motiv, de exemplu, unghiul de legătură în molecula de NO 2 ( sp 2-hibridare) creşte de la 120 o la 134 o .
Multiplicitatea legăturii azot-oxigen din această moleculă este 1,5, unde una corespunde unei legături σ, iar 0,5 este egal cu raportul dintre numărul de orbitali ai atomului de azot care nu participă la hibridizare (1) și numărul de perechile de electroni active rămase la atomul de oxigen, formând legături π (2). Astfel, se observă delocalizarea legăturilor π (legăturile delocalizate sunt legături covalente, a căror multiplicitate nu poate fi exprimată ca număr întreg).
Când sp, sp 2 , sp 3 , sp 3 d 2 hibridizări ale unui vârf dintr-un poliedru care descriu geometria unei particule chimice sunt echivalente și, prin urmare, legături multiple și perechi de electroni singure pot ocupa oricare dintre ele. in orice caz sp 3 d-hibridizarea este responsabila bipiramida trigonală, în care unghiurile de legătură pentru atomii aflați la baza piramidei (planul ecuatorial) sunt 120 o , iar unghiurile de legătură care implică atomii aflați în vârfurile bipiramidei sunt 90 o . Experimentul arată că perechile de electroni neîmpărțiți sunt întotdeauna situate în planul ecuatorial al bipiramidei trigonale. Pe această bază, se ajunge la concluzia că au nevoie de mai mult spațiu liber decât perechile de electroni implicate în formarea legăturilor. Un exemplu de particule cu un astfel de aranjament al unei perechi de electroni singuri este tetrafluorura de sulf (Fig. 27). Dacă atomul central are simultan perechi singure de electroni și formează legături multiple (de exemplu, în molecula XeOF 2), atunci în cazul sp 3 d-hibridare, sunt situate în planul ecuatorial al bipiramidei trigonale (Fig. 28).
Momentele dipolare ale moleculelor
O legătură covalentă ideală există numai în particulele formate din atomi identici (H 2 , N 2 etc.). Dacă se formează o legătură între diferiți atomi, atunci densitatea electronică se schimbă la unul dintre nucleele atomilor, adică legătura este polarizată. Polaritatea unei legături este caracterizată de momentul său dipol.
Momentul dipol al unei molecule este egal cu suma vectorială a momentelor dipolare ale legăturilor sale chimice (ținând cont de prezența perechilor de electroni singure). Dacă legăturile polare sunt simetrice în moleculă, atunci sarcinile pozitive și negative se anulează reciproc, iar molecula în ansamblu este nepolară. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, cu molecula de dioxid de carbon. Moleculele poliatomice cu un aranjament asimetric de legături polare (și, prin urmare, densitatea electronică) sunt în general polare. Acest lucru se aplică în special moleculei de apă.
Valoarea rezultată a momentului dipol al moleculei poate fi afectată de perechea de electroni singuratică. Deci, moleculele NH 3 și NF 3 au o geometrie tetraedrică (ținând cont de perechea de electroni singuratică). Gradele de ionicitate ale legăturilor azot-hidrogen și azot-fluor sunt de 15, respectiv 19%, iar lungimile lor sunt de 101, respectiv 137 pm. Pe baza acestui fapt, se poate concluziona că momentul dipol NF 3 este mai mare. Cu toate acestea, experimentul arată contrariul. Cu o predicție mai precisă a momentului dipol, trebuie luată în considerare direcția momentului dipol al perechii singure (Fig. 29).
Continuare. Pentru început, vezi № 15, 16/2004
Lecția 5
orbitalii atomici ai carbonului
O legătură chimică covalentă se formează folosind perechi de electroni de legătură comune de tipul:
Formează o legătură chimică, de ex. numai electronii nepereche pot crea o pereche de electroni comună cu un electron „străin” de la un alt atom. La scrierea formulelor electronice, electronii nepereche sunt localizați unul câte unul în celula orbitală.
orbital atomic este o funcție care descrie densitatea norului de electroni în fiecare punct din spațiu din jurul nucleului unui atom. Un nor de electroni este o regiune a spațiului în care un electron poate fi găsit cu o mare probabilitate.
Pentru a armoniza structura electronică a atomului de carbon și valența acestui element, se folosesc conceptele de excitare a atomului de carbon. În starea normală (neexcitată), atomul de carbon are două 2 nepereche R 2 electroni. Într-o stare excitată (când energia este absorbită) una din 2 s 2-electroni pot trece la liber R-orbital. Apoi patru electroni nepereche apar în atomul de carbon:
Amintiți-vă că în formula electronică a unui atom (de exemplu, pentru carbonul 6 C - 1 s 2 2s 2 2p 2) cifrele mari în fața literelor - 1, 2 - indică numărul nivelului de energie. Scrisori sși R indică forma norului de electroni (orbital), iar numerele din dreapta deasupra literelor indică numărul de electroni dintr-un orbital dat. Toate s- orbitali sferici:
La al doilea nivel de energie, cu excepția 2 s-sunt trei orbitali 2 R-orbitali. Acestea 2 R-orbitalii au forma elipsoidala, asemanatoare ganterelor, si sunt orientati in spatiu la un unghi de 90° unul fata de celalalt. 2 R-Orbitalii indică 2 p x, 2r yși 2 pzîn funcţie de axele de-a lungul cărora se află aceşti orbitali.
Când se formează legături chimice, orbitalii electronilor capătă aceeași formă. Deci, în hidrocarburile saturate, unul s-orbitale si trei R-orbitalii unui atom de carbon pentru a forma patru identici (hibrizi) sp 3-orbitali:
Aceasta este - sp 3 - hibridizare.
Hibridizare– alinierea (amestecarea) orbitalilor atomici ( sși R) cu formarea de noi orbitali atomici, numiti orbitali hibrizi.
Orbitalii hibrizi au o formă asimetrică, alungită spre atomul atașat. Norii de electroni se resping reciproc și sunt situati în spațiu cât mai departe posibil unul de celălalt. În același timp, axele de patru sp 3-orbitali hibrizi se dovedesc a fi îndreptate spre vârfurile tetraedrului (piramidă triunghiulară regulată).
În consecință, unghiurile dintre acești orbitali sunt tetraedrice, egale cu 109°28".
Vârfurile orbitalilor electronilor se pot suprapune cu orbitalii altor atomi. Dacă norii de electroni se suprapun de-a lungul unei linii care leagă centrele atomilor, atunci o astfel de legătură covalentă se numește sigma()-legatură. De exemplu, într-o moleculă de etan C2H6, se formează o legătură chimică între doi atomi de carbon prin suprapunerea a doi orbitali hibrizi. Aceasta este o conexiune. În plus, fiecare dintre atomii de carbon cu cei trei ai săi sp 3-orbitali se suprapun cu s-orbitali a trei atomi de hidrogen, formând trei -legături.
În total, sunt posibile trei stări de valență cu diferite tipuri de hibridizare pentru un atom de carbon. Cu exceptia sp 3-hibridarea există sp 2 - și sp-hibridizare.
sp 2 -Hibridizare- amestecarea unuia s- si doi R-orbitali. Ca rezultat, trei hibride sp 2 -orbitali. Aceste sp 2 -orbitali sunt situati in acelasi plan (cu axe X, la) și sunt direcționate către vârfurile triunghiului cu un unghi între orbitali de 120°. nehibridată
R-orbital este perpendicular pe planul celor trei hibrizi sp 2 orbitali (orientați de-a lungul axei z). Jumatatea superioara R-orbitalii sunt deasupra planului, jumatatea inferioara este sub plan.
Tip sp 2-hibridarea carbonului are loc în compușii cu dublă legătură: C=C, C=O, C=N. Mai mult decât atât, doar una dintre legăturile dintre doi atomi (de exemplu, C=C) poate fi o legătură. (Ceilalți orbitali de legătură ai atomului sunt direcționați în direcții opuse.) A doua legătură se formează ca urmare a suprapunerii de non-hibrid. R-orbitali de ambele părți ale liniei care leagă nucleele atomilor.
Legătură covalentă formată prin suprapunere laterală R-orbitalii atomilor de carbon vecini se numeste pi()-legatură.
Educaţie
|
Datorită suprapunerii mai mici a orbitalilor, legătura - este mai puțin puternică decât legătura -.
sp-Hibridizare este o amestecare (aliniere în formă și energie) a unuia s-și unul
R-orbitali cu formarea a doi hibrizi sp-orbitali. sp- Orbitalii sunt situati pe aceeasi linie (la un unghi de 180°) si indreptati in directii opuse fata de nucleul atomului de carbon. Două
R-orbitalii raman nehibridati. Sunt așezate perpendicular unul pe celălalt.
direcții – conexiuni. Pe imagine sp-orbitalii sunt prezentati de-a lungul axei y, iar cele două nehibridate
R-orbitali - de-a lungul axelor Xși z.
Legătura triplă carbon-carbon CC constă dintr-o legătură care apare la suprapunere
sp-orbitali hibrizi și două legături.
Relația dintre parametrii atomului de carbon precum numărul de grupări atașate, tipul de hibridizare și tipurile de legături chimice formate este prezentată în Tabelul 4.
Tabelul 4
Legături covalente ale carbonului
| Numărul de grupuri legate de cu carbon |
Tip hibridizare |
Tipuri participarea legături chimice |
Exemple de formule compuse |
|---|---|---|---|
| 4 | sp 3 | Patru - conexiuni | |
| 3 | sp 2 | Trei - conexiuni și una este conexiunea |
|
| 2 | sp | Două - conexiuni și două conexiuni |
H-CC-H |
Exerciții.
1. Ce electroni ai atomilor (de exemplu, carbon sau azot) se numesc nepereche?
2. Ce înseamnă conceptul de „perechi de electroni partajați” în compușii cu o legătură covalentă (de exemplu, CH4 sau H2S )?
3. Care sunt stările electronice ale atomilor (de exemplu, C sau N ) se numesc de bază și care sunt entuziasmate?
4. Ce înseamnă numerele și literele în formula electronică a unui atom (de exemplu, C sau N )?
5. Ce este un orbital atomic? Câți orbiti sunt în al doilea nivel de energie al unui atom de C și cum diferă ele?
6. Care este diferența dintre orbitalii hibrizi și orbitalii originali din care au fost formați?
7. Ce tipuri de hibridizare sunt cunoscute pentru atomul de carbon și care sunt acestea?
8. Desenați o imagine a aranjamentului spațial al orbitalilor pentru una dintre stările electronice ale atomului de carbon.
9. Cum se numesc legăturile chimice si ce? Specifica-și-conexiuni în conexiuni:
10. Pentru atomii de carbon ai compuşilor de mai jos, indicaţi: a) tipul de hibridizare; b) tipurile legăturilor sale chimice; c) unghiurile de legătură.
Răspunsuri la exercițiile pentru subiectul 1
Lecția 5
1. Electronii care sunt unul pe orbital se numesc electroni nepereche. De exemplu, în formula de difracție a electronilor a unui atom de carbon excitat, există patru electroni nepereche, iar atomul de azot are trei:
2. Se numesc doi electroni care participă la formarea unei legături chimice perechea de electroni comună. De obicei, înainte de formarea unei legături chimice, unul dintre electronii acestei perechi aparținea unui atom, iar celălalt electron aparținea altui atom:
3. Starea electronică a atomului, în care se respectă ordinea de umplere a orbitalilor electronici: 1 s 2 , 2s 2 , 2p 2 , 3s 2 , 3p 2 , 4s 2 , 3d 2 , 4p se numesc 2 etc stat principal. LA stare de excitat unul dintre electronii de valență ai atomului ocupă un orbital liber cu o energie mai mare, o astfel de tranziție este însoțită de separarea electronilor perechi. Schematic este scris astfel:
În timp ce în starea fundamentală existau doar doi electroni de valență nepereche, în starea excitată există patru astfel de electroni.
5.
Un orbital atomic este o funcție care descrie densitatea unui nor de electroni în fiecare punct din spațiu din jurul nucleului unui atom dat. Există patru orbiti pe al doilea nivel de energie al atomului de carbon - 2 s, 2p x, 2r y,
2pz. Acești orbitali sunt:
a) forma norului de electroni ( s- minge, R- gantere);
b) R-orbitalii au orientări diferite în spațiu - de-a lungul axelor reciproc perpendiculare X, yși z, sunt notate p x, r y,
pz.
6.
Orbitii hibrizi diferă de orbitalii originali (nehibrizi) ca formă și energie. De exemplu, s-orbital - forma unei sfere, R- figura opt simetrică, sp-orbital hibrid - figura opt asimetrică.
Diferențele energetice: E(s) < E(sp) < E(R). Prin urmare, sp-orbital - un orbital mediat ca formă și energie, obținut prin amestecarea inițialei s-
și p-orbitali.
7. Sunt cunoscute trei tipuri de hibridizare pentru atomul de carbon: sp 3 , sp 2 și sp (vezi textul lecției 5).
9.
-legatura - o legatura covalenta formata prin suprapunerea frontala a orbitalilor de-a lungul unei linii care leaga centrele atomilor.
-legatura - o legatura covalenta formata prin suprapunere laterala R-orbitali de ambele părți ale liniei care leagă centrele atomilor.
- Legăturile sunt afișate prin a doua și a treia linie între atomii legați.
Conceptul de hibridizare
Conceptul de hibridizare a orbitalilor atomici de valență a fost propus de chimistul american Linus Pauling pentru a răspunde la întrebarea de ce, dacă atomul central are orbiti de valență diferiți (s, p, d), legăturile formate de acesta în molecule poliatomice cu aceiași liganzi sunt echivalente ca energie și caracteristici spațiale. .
Ideile despre hibridizare sunt esențiale pentru metoda legăturilor de valență. Hibridizarea în sine nu este un proces fizic real, ci doar un model convenabil care face posibilă explicarea structurii electronice a moleculelor, în special, modificări ipotetice ale orbitalilor atomici în timpul formării unei legături chimice covalente, în special, alinierea chimică. lungimile și unghiurile de legătură într-o moleculă.
Conceptul de hibridizare a fost aplicat cu succes la descrierea calitativă a moleculelor simple, dar ulterior a fost extins la cele mai complexe. Spre deosebire de teoria orbitalilor moleculari, nu este strict cantitativ, de exemplu, nu este capabil să prezică spectrele fotoelectronilor chiar și ale unor molecule atât de simple precum apa. În prezent este utilizat în principal în scopuri metodologice și în chimia organică sintetică.
Acest principiu este reflectat în teoria Gillespie-Nyholm a respingerii perechilor de electroni. Prima și cea mai importantă regulă care a fost formulată după cum urmează:
„Perechile electronice iau un astfel de aranjament pe învelișul de valență al atomului, în care sunt cât mai departe unul de celălalt, adică perechile de electroni se comportă ca și cum s-ar respinge reciproc”.A doua regulă este că „toate perechile de electroni incluse în învelișul de electroni de valență sunt considerate a fi situate la aceeași distanță de nucleu”.
Tipuri de hibridizare
hibridizarea sp
Apare la amestecarea unui orbital s și unul p. Se formează doi orbitali sp-atomi echivalenți, localizați liniar la un unghi de 180 de grade și direcționați în direcții diferite față de nucleul atomului de carbon. Cei doi p-orbitali nehibrizi rămași sunt localizați în planuri reciproc perpendiculare și participă la formarea legăturilor π sau sunt ocupați de perechi singure de electroni.
hibridizare sp 2
Apare la amestecarea unui orbital s și a doi orbitali p. Se formează trei orbitali hibrizi cu axe situate în același plan și direcționate către vârfurile triunghiului la un unghi de 120 de grade. Orbitalul p-atomic non-hibrid este perpendicular pe plan și, de regulă, participă la formarea legăturilor π
hibridizare sp 3
Apare la amestecarea unui s- și a trei p-orbitali, formând patru orbitali sp3-hibrizi de formă și energie egale. Ele pot forma patru legături σ cu alți atomi sau pot fi umplute cu perechi singure de electroni.
Axele orbitalilor sp3-hibrizi sunt îndreptate către vârfurile unui tetraedru regulat. Unghiul tetraedric dintre ele este de 109°28", ceea ce corespunde cu cea mai mică energie de repulsie a electronilor. Orbitii Sp3 pot forma, de asemenea, patru legături σ cu alți atomi sau pot fi umpluți cu perechi de electroni neîmpărțiți.
Hibridarea și geometria moleculară
Ideile despre hibridizarea orbitalilor atomici stau la baza teoriei Gillespie-Nyholm a respingerii perechilor de electroni. Fiecare tip de hibridizare corespunde unei orientări spațiale strict definite a orbitalilor hibrizi ai atomului central, ceea ce îi permite să fie folosit ca bază a conceptelor stereochimice în chimia anorganică.
Tabelul prezintă exemple de corespondență dintre cele mai comune tipuri de hibridizare și structura geometrică a moleculelor, presupunând că toți orbitalii hibrizi participă la formarea legăturilor chimice (nu există perechi de electroni neîmpărțiți).
| Tip de hibridizare | Număr orbitali hibrizi |
Geometrie | Structura | Exemple |
|---|---|---|---|---|
| sp | 2 | Liniar | BeF2, CO2, NO2+ | |
| sp 2 | 3 | triunghiular |  |
BF 3, NO 3 -, CO 3 2- |
| sp 3 | 4 | tetraedric |  |
CH4, CI04-, S042-, NH4+ |
| dsp2 | 4 | pătrat plat |  |
Ni(CO)4, XeF4 |
| sp 3 d | 5 | hexaedrică |  |
PCl5, AsF5 |
| sp 3 d 2 | 6 | octaedral |  |
SF6, Fe(CN)63-, CoF63- |
Legături
Literatură
- Pauling L. Natura legăturii chimice / Per. din engleza. M. E. Dyatkina. Ed. prof. Da. K. Syrkina. - M.; L.: Goshimizdat, 1947. - 440 p.
- Pauling L. Chimie generală. Pe. din engleza. - M .: Mir, 1974. - 846 p.
- Minkin V. I., Simkin B. Ya., Minyaev R. M. Teoria structurii moleculelor. - Rostov-pe-Don: Phoenix, 1997. - S. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7
- Gillespie R. Geometria moleculelor / Per. din engleza. E. Z. Zasorina și V. S. Mastryukov, ed. Yu. A. Pentina. - M .: Mir, 1975. - 278 p.
Vezi si
Note
Fundația Wikimedia. 2010 .
Instruire
Luați în considerare o moleculă din cea mai simplă hidrocarbură saturată, metanul. Arată așa: CH4. Modelul spațial al unei molecule este un tetraedru. Un atom de carbon formează legături cu patru atomi de hidrogen care sunt exact la fel ca lungime și energie. Conform exemplului de mai sus, ele implică 3 - P electron și 1 S - un electron al cărui orbital a devenit exact același cu orbitalii celorlalți trei electroni ca urmare a celor întâmplate. Acest tip de hibridizare se numește hibridizare sp^3. Este inerent în tot supremul.
Dar cel mai simplu reprezentant al nesaturatelor - etilena. Formula sa este următoarea: C2H4. Ce tip de hibridizare este inerentă carbonului în molecula acestei substanțe? Ca rezultat, trei orbitali sunt formați sub formă de „opt” asimetrici situati în același plan la un unghi de 120 ^ 0 unul față de celălalt. Au fost formați din electroni 1 - S și 2 - P. Ultimul 3 P - electronul nu și-a modificat orbital, adică a rămas sub forma unui „opt” obișnuit. Acest tip de hibridizare se numește hibridizare sp^2.
Cum se formează legăturile într-o moleculă? Doi orbitali hibridizați ai fiecărui atom au intrat cu doi atomi de hidrogen. Al treilea orbital hibridizat a format o legătură cu același orbital al altuia. Sunt orbitalii R rămași? Sunt „atrași” unul de celălalt de ambele părți ale planului moleculei. S-a format o legătură între atomii de carbon. Sp^2 este inerent în atomii cu o legătură „dublă”.
Și ce se întâmplă în molecula de acetilenă sau? Formula sa este următoarea: C2H2. În fiecare atom de carbon, doar doi electroni sunt supuși hibridizării: 1 - S și 1 - P. Cei doi orbitali rămași reținuți sub formă de „opt regulați” se suprapun în planul moleculei și pe ambele părți ale acesteia. De aceea, acest tip de hibridizare se numește sp - hibridizare. Este inerent atomilor cu o legătură triplă.
Toate cuvintele, existent într-o anumită limbă, poate fi împărțit în mai multe grupuri. Acest lucru este important în determinarea atât a sensului, cât și a funcțiilor gramaticale. cuvintele. Atribuind-o unui anumit tip, il poti modifica conform regulilor, chiar daca nu ai mai vazut-o pana acum. Tipuri de elemente cuvintele lexicologia se ocupă de alcătuirea rnogo a limbii.
Vei avea nevoie
- - text;
- - vocabular.
Instruire
Selectați cuvântul pe care doriți să-l introduceți. Apartenența sa la una sau alta parte de vorbire nu joacă încă un rol, precum și forma și funcția sa într-o propoziție. Poate fi absolut orice cuvânt. Dacă nu este indicat în sarcină, scrieți-l pe primul care apare. Stabiliți dacă denumește un obiect, calitate, acțiune sau nu. Pentru această setare, toate cuvintele sunt împărțite în semnificative, pronominale, numerale, serviciu și interjecție. La primul tip includ substantive, adjective, verbe și . Ele denotă numele obiectelor, calităților și acțiunilor. Al doilea tip de cuvinte care au o funcție de denumire este pronominal. Capacitatea de a numi este absentă în tipurile , interjecție și servicii. Acestea sunt grupuri relativ mici de cuvinte, dar sunt în toată lumea.
Stabiliți dacă cuvântul dat este capabil să exprime conceptul. Această caracteristică are cuvintele unități semnificative de tip semnificativ, deoarece formează gama conceptuală a oricărei limbi. Cu toate acestea, orice număr aparține, de asemenea, categoriei de concepte și, în consecință, poartă și această funcție. Cuvintele funcționale au și ele, dar pronumele și interjecțiile nu.
Luați în considerare cum ar fi cuvântul dacă ar fi într-o propoziție. Poate fi? Poate fi orice cuvânt de tip semnificativ. Dar această posibilitate este și în, ca și în numeral. Și aici sunt oficialii cuvintele joacă un rol auxiliar, nu pot fi subiectul, nici membrii secundari ai propoziției, precum și interjecțiile.
Pentru comoditate, puteți face o farfurie de patru coloane de șase rânduri. În linia de sus, numiți coloanele corespunzătoare „Tipuri de cuvinte”, „Nume”, „Concept” și „Pot fi membru al propoziției”. În prima coloană din stânga, notați numele tipurilor de cuvinte, sunt cinci în total. Stabiliți ce funcții are cuvântul dat și care nu. În coloana corespunzătoare, pune plusurile și. Dacă există plusuri în toate cele trei coloane, atunci acesta este un tip semnificativ. Plusurile pronominale vor fi în prima și a treia coloană, în a doua și a treia. Serviciu cuvintele pot exprima doar conceptul, adică au un plus în a doua coloană. Interjecții opuse în toate cele trei coloane vor exista minusuri.
Videoclipuri asemănătoare
Hibridizarea este procesul de obținere a hibrizilor - plante sau animale care provin din încrucișarea diferitelor soiuri și rase. Cuvântul hibrid (hybrida) este tradus din latină ca „amestec”.
Hibridare: naturală și artificială
Procesul de hibridizare se bazează pe combinarea într-o singură celulă a materialului genetic al diferitelor celule de la diferiți indivizi. Există o diferență între intraspecific și la distanță, în care are loc conexiunea dintre diferiți genomi. În natură, hibridizarea naturală a avut loc și continuă să aibă loc fără intervenția omului tot timpul. Prin încrucișarea în cadrul unei specii, plantele s-au schimbat și s-au îmbunătățit și au apărut noi soiuri și rase de animale. Din punct de vedere, există o hibridizare a ADN-ului, acizilor nucleici, modificări la nivel atomic și intraatomic.
În chimia academică, hibridizarea este înțeleasă ca o interacțiune specifică a orbitalilor atomici în moleculele unei substanțe. Dar acesta nu este un proces fizic real, ci doar un model ipotetic, concept.
Hibrizi în producția de culturi
În 1694, omul de știință german R. Camerarius a propus obținerea artificială. Și în 1717, englezul T. Fairchild a încrucișat pentru prima dată diferite tipuri de garoafe. Astăzi, hibridizarea intraspecifică a plantelor se realizează pentru a obține soiuri cu randament ridicat sau adaptate, de exemplu, rezistente la îngheț. Hibridizarea formelor și a soiurilor este una dintre metodele de ameliorare a plantelor. Astfel, au fost create un număr mare de soiuri moderne de culturi.
Cu hibridizarea la distanță, atunci când reprezentanții diferitelor specii sunt încrucișați și sunt combinați diferite genomi, hibrizii rezultați în cele mai multe cazuri nu dau descendenți și nu produc încrucișări de calitate scăzută. De aceea, nu are sens să lăsați semințele de castraveți hibrizi care s-au copt în grădină și de fiecare dată să le cumpărați semințele într-un magazin specializat.
Selecția în zootehnie
În lume are loc și hibridizarea naturală, atât intraspecifică, cât și la distanță. Catârii sunt cunoscuți oamenilor de două mii de ani înaintea erei noastre. Și în prezent, catârul și bardoul sunt folosiți în gospodărie ca animal de lucru relativ ieftin. Adevărat, o astfel de hibridizare este interspecifică, prin urmare masculii hibrizi se nasc neapărat sterili. Femelele dau foarte rar urmași.
Un catâr este un hibrid dintre o iapă și un măgar. Un hibrid obținut din încrucișarea unui armăsar și a unui măgar se numește bardoc. Catârii sunt crescuți special. Sunt mai înalți și mai puternici decât un bardoc.
Dar încrucișarea unui câine domestic cu un lup era o activitate foarte comună printre vânători. Apoi, descendenții rezultati au fost supuși unei selecții ulterioare, ca urmare, au fost create noi rase de câini. Astăzi, creșterea animalelor este o componentă importantă a succesului industriei zootehnice. Hibridizarea se realizează intenționat, cu accent pe parametrii specificați.
Hibridizare– alinierea (amestecarea) orbitalilor atomici ( sși R) cu formarea de noi orbitali atomici, numiti orbitali hibrizi.
orbital atomic este o funcție care descrie densitatea norului de electroni în fiecare punct din spațiu din jurul nucleului unui atom. Un nor de electroni este o regiune a spațiului în care un electron poate fi găsit cu o mare probabilitate.
Hibridarea sp
Apare la amestecarea unui orbital s și unul p. Se formează doi orbitali sp-atomi echivalenți, localizați liniar la un unghi de 180 de grade și direcționați în direcții diferite față de nucleul atomului central. Cei doi p-orbitali nehibrizi rămași sunt localizați în planuri reciproc perpendiculare și participă la formarea legăturilor π sau sunt ocupați de perechi singure de electroni.
Hibridarea Sp2
Hibridarea Sp2
Apare la amestecarea unui orbital s și a doi orbitali p. Se formează trei orbitali hibrizi cu axe situate în același plan și direcționate către vârfurile triunghiului la un unghi de 120 de grade. Orbitalul p-atomic non-hibrid este perpendicular pe plan și, de regulă, participă la formarea legăturilor π
Tabelul prezintă exemple de corespondență dintre cele mai comune tipuri de hibridizare și structura geometrică a moleculelor, presupunând că toți orbitalii hibrizi sunt implicați în formarea legăturilor chimice (nu există perechi de electroni neîmpărțiți)
|
Tip de hibridizare |
Numărul de orbitali hibrizi |
Geometrie |
Structura |
Exemple |
|
Liniar |
|
BeF2, CO2, NO2+ |
||
|
sp 2 |
triunghiular |
|
BF 3, NO 3 -, CO 3 2- |
|
|
sp 3 |
tetraedric |
|
CH4, CI04-, S042-, NH4+ |
|
|
dsp 2 |
pătrat plat |
|
Ni(CO)4, 2- |
|
|
sp 3 d |
hexaedrică |
| ||
|
sp 3 d 2 , d 2 sp 3 |
octaedral |
|
SF6, Fe(CN)63-, CoF63- |
4. Legături electrovalente, covalente, donor-acceptor, hidrogen. Structura electronică a legăturilor σ și π. Principalele caracteristici ale unei legături covalente: energia de legătură, lungimea, unghiul de legătură, polaritatea, polarizabilitatea.
Dacă între doi atomi sau două grupuri de atomi are loc o interacțiune electrostatică, care duce la o atracție puternică și formarea unei legături chimice, atunci o astfel de legătură se numește electrovalent sau heteropolar.
legătură covalentă- o legătură chimică formată prin suprapunerea unei perechi de nori de electroni de valență. Norii de electroni care asigură comunicarea se numesc o pereche de electroni comună.
Legătura donor-acceptor - aceasta este o legătură chimică între doi atomi sau un grup de atomi, realizată datorită perechii singure de electroni a unui atom (donator) și a nivelului liber al altui atom (acceptor). Această legătură diferă de legătura covalentă prin originea legăturii electronice.
legătură de hidrogen - acesta este un tip de interacțiune chimică a atomilor dintr-o moleculă, caracterizată prin aceea că un atom de hidrogen, legat deja printr-o legătură covalentă cu alți atomi, joacă un rol semnificativ în el
Legătura σ este prima și mai puternică legătură care se formează atunci când norii de electroni se suprapun în direcția liniei drepte care leagă centrele atomilor.
Legătura σ este legăturile covalente obișnuite ale atomilor de carbon cu atomii de hidrogen. Moleculele de atomi de carbon saturați conțin doar legături σ.
Legătura π este o legătură mai slabă care se formează atunci când planul electron al atomilor nucleelor se suprapune
Electronii legăturilor π și σ își pierd apartenența la un anumit atom.
Caracteristicile legăturilor σ și π: 1) rotația atomilor de carbon dintr-o moleculă este posibilă dacă sunt legați printr-o legătură σ; 2) apariția unei legături π privează atomul de carbon din moleculă de rotație liberă.
Lungimea comunicarii- este distanța dintre centrele atomilor legați.
Unghiul de valență- este unghiul dintre două legături care are un atom comun.
Energie de comunicare- energia eliberată în timpul formării unei substanțe chimice. legături și caracterizată prin rezistența sa
Polaritate conexiunea se datorează distribuției neuniforme a densității electronice din cauza diferențelor de electronegativitate a atomilor. Pe această bază, legăturile covalente sunt împărțite în nepolare și polare. Polarizabilitate legătura este exprimată în deplasarea electronilor de legătură sub influența unui câmp electric extern, inclusiv a unei alte particule care reacţionează. Polarizabilitatea este determinată de mobilitatea electronilor. Polaritatea și polarizabilitatea legăturilor covalente determină reactivitatea moleculelor în raport cu reactivii polari.
5. Legătura ionică (electrovalentă) - o legătură chimică foarte puternică formată între atomi cu o diferență mare de electronegativitate, în care perechea de electroni comună trece predominant la un atom cu o electronegativitate mai mare. Legătura covalentă - apare datorită socializării unei perechi de electroni printr-un mecanism de schimb, când fiecare dintre atomii care interacționează furnizează un electron. Legatura donor-acceptor (legatura de coordonare) este o legatura chimica intre doi atomi sau un grup de atomi, realizata datorita perechii singure de electroni a unui atom (donator) si a orbitalului liber al altui atom (acceptor). Exemplu NH4 Pentru apariția legăturilor de hidrogen, este important ca în moleculele unei substanțe să existe atomi de legături de hidrogen la atomi mici, dar electronegativi, de exemplu: O, N, F. Acest lucru creează o sarcină pozitivă parțială vizibilă asupra atomilor de hidrogen. Pe de altă parte, este important ca atomii electronegativi să aibă perechi de electroni singuri. Când un atom de hidrogen epuizat de electroni al unei molecule (acceptor) interacționează cu o pereche de electroni neîmpărțită pe atomul N, O sau F al altei molecule (donator), apare o legătură similară unei legături covalente polare. Când se formează o legătură covalentă în moleculele compușilor organici, o pereche de electroni comună populează orbitalii moleculari de legătură, care au o energie mai mică. În funcție de forma MO - σ-MO sau π-MO - legăturile rezultate sunt clasificate ca tip σ sau p. σ-legatură - o legătură covalentă formată prin suprapunerea s-, p- și AO hibrid de-a lungul axei care leagă nucleele atomilor legați (adică, cu suprapunerea axială a AO). π-bond - o legătură covalentă care apare în timpul suprapunerii laterale a p-AO nehibrid. O astfel de suprapunere are loc în afara liniei drepte care leagă nucleele atomilor. 
Legăturile π apar între atomi deja legați printr-o legătură σ (în acest caz, se formează legături covalente duble și triple). Legătura π este mai slabă decât legătura σ datorită suprapunerii mai puțin complete a p-AO. 
Structura diferită a orbitalilor σ- și π-moleculari determină trăsăturile caracteristice ale legăturilor σ- și π. Legătura 1.σ este mai puternică decât legătura π. Acest lucru se datorează suprapunerii axiale mai eficiente a AO-urilor în timpul formării σ-MO-urilor și prezenței electronilor σ între nuclee. 2. Prin legături σ, rotația intramoleculară a atomilor este posibilă, deoarece forma σ-MO permite o astfel de rotație fără a rupe legătura (vezi anim. Imaginea de mai jos)). Rotația de-a lungul unei legături duble (σ + π) este imposibilă fără a rupe legătura π! 3. Electronii de pe π-MO, fiind în afara spațiului internuclear, au o mobilitate mai mare decât electronii σ. Prin urmare, polarizabilitatea legăturii π este mult mai mare decât cea a legăturii σ.
Proprietățile caracteristice ale unei legături covalente - direcționalitate, saturație, polaritate, polarizabilitate - determină proprietățile chimice și fizice ale compușilor.
Direcția legăturii se datorează structurii moleculare a substanței și formei geometrice a moleculei acestora. Unghiurile dintre două legături se numesc unghiuri de legătură.
Saturație - capacitatea atomilor de a forma un număr limitat de legături covalente. Numărul de legături formate de un atom este limitat de numărul orbitalilor atomici exteriori.
Polaritatea legăturii se datorează distribuției neuniforme a densității electronice din cauza diferențelor de electronegativitate a atomilor. Pe această bază, legăturile covalente sunt împărțite în nepolare și polare (nepolare - o moleculă diatomică este formată din atomi identici (H 2, Cl 2, N 2) și norii de electroni ai fiecărui atom sunt distribuiți simetric față de aceștia. atomi; polar - o moleculă diatomică este formată din atomi de diferite elemente chimice, iar norul de electroni general se deplasează către unul dintre atomi, formând astfel o asimetrie în distribuția sarcinii electrice în moleculă, generând momentul dipol al moleculei).
Polarizabilitatea unei legături se exprimă în deplasarea electronilor de legătură sub influența unui câmp electric extern, inclusiv a unei alte particule care reacţionează. Polarizabilitatea este determinată de mobilitatea electronilor. Polaritatea și polarizabilitatea legăturilor covalente determină reactivitatea moleculelor în raport cu reactivii polari.
6.Nomenclatura este un sistem de reguli care vă permite să dați un nume unic fiecărei conexiuni individuale. Pentru medicină, cunoașterea regulilor generale de nomenclatură este de o importanță deosebită, deoarece numele numeroaselor medicamente sunt construite în conformitate cu acestea. Momentan general acceptat Nomenclatura sistematică IUPAC(IUPAC - Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată)*.
Cu toate acestea, ele sunt încă conservate și utilizate pe scară largă (în special în medicină) banal nume (obișnuite) și semi-triviale folosite chiar înainte ca structura materiei să fie cunoscută. Aceste denumiri pot reflecta surse naturale și metode de preparare, în special proprietăți și aplicații vizibile. De exemplu, lactoza (zahărul din lapte) este izolată din lapte (din lat. lactum- lapte), acid palmitic - din ulei de palmier, acid piruvic obținut prin piroliza acidului tartric, denumirea de glicerină reflectă gustul ei dulce (din greacă. glikys- dulce).
Numele banale au adesea compuși naturali - aminoacizi, carbohidrați, alcaloizi, steroizi. Utilizarea unor nume triviale și semi-triviale stabilite este permisă de regulile IUPAC. Astfel de denumiri includ, de exemplu, „glicerol” și denumirile multor hidrocarburi aromatice binecunoscute și derivații acestora.
Nomenclatura rațională a hidrocarburilor saturate
Spre deosebire de denumirile banale, acestea se bazează pe structura moleculelor. Denumirile structurilor complexe sunt alcătuite din denumirile blocurilor acelor radicali asociate cu cel mai important loc principal al moleculei; conform acestei nomenclaturi, alcanii sunt considerați derivați ai metanului în care atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu radicalii corespunzători. . Alegerea carbonului metan este arbitrară, prin urmare un compus poate avea mai multe denumiri.Conform acestei nomenclaturi, alchenele sunt considerate derivați ai etilenei și alchine-acetilenei.
7. Omologia compușilor organicisau legea omologilor- constă în faptul că substanțe cu aceeași funcție chimică și aceeași structură, care diferă unele de altele pe compoziția lor atomică este doar nCH 2, se dovedesc a fi consolidate și în restul lor chimic. caracterul lor, iar diferența în proprietățile lor fizice crește sau se modifică în general corect pe măsură ce diferența de compoziție, determinată de numărul n de grupe CH2, crește. compuși similari formează așa-numitele. o serie omologică, a cărei compoziție atomică a tuturor membrilor poate fi exprimată printr-o formulă generală în funcție de compoziția primului membru al seriei și de numărul de atomi de carbon; substanțe organice cu un singur nume, cum ar fi doar alcanii.
Izomerii sunt compuși care au aceeași compoziție, dar structură și proprietăți diferite.
8.Nucleulșielectrice și electroforiceșile reactivients. Reactivii implicați în reacțiile de substituție sunt împărțiți în nucleofili și electrofili. Reactivii nucleofili, sau nucleofilii, furnizează perechea lor de electroni pentru a forma o nouă legătură și înlocuiește grupul de plecare (X) din molecula RX cu perechea de electroni care a format legătura veche, de exemplu:
(unde R este un radical organic).
Nucleofilii includ ioni încărcați negativ (Hal - , OH - , CN - , NO 2 - , OR - , RS - , NH 2 - , RCOO - și alții), molecule neutre cu o pereche liberă de electroni (de exemplu, H 2 O , NH3, R3N, R2S, R3P, ROH, RCOOH) și organometalice. Compuși R-Me cu o legătură C-Me + suficient polarizată, adică capabili să fie donatori de R-carbanion. Reacțiile care implică nucleofili (substituție nucleofilă) sunt în principal caracteristice compușilor alifatici, de exemplu, hidroliza (OH - , H 2 O), alcooliză (RO - , ROH), acidoliza (RCOO - , RCOOH), aminarea (NH - 2, NH). 3 , RNH 2 etc.), cianurare (CN -), etc.
Reactivii electrofili, sau electrofilii, atunci când se formează o nouă legătură, servesc ca acceptori de perechi de electroni și înlocuiesc gruparea părăsitoare sub forma unei particule încărcate pozitiv. Electrofilele includ ioni încărcați pozitiv (de exemplu, H +, NO 2 +), molecule neutre cu deficit de electroni, de exemplu SO 3 și molecule foarte polarizate (CH 3 COO - Br +, etc.), iar polarizarea este deosebit de eficientă. realizat prin formarea complexă cu coeficienți Lewis (Hal + - Hal - A, R + - Cl - A, RCO + - Cl - A, unde A \u003d A1C1 3, SbCl 5, BF 3 etc.). Reacțiile care implică electrofili (substituție electrofilă) includ cele mai importante reacții ale hidrocarburilor aromatice (de exemplu, nitrarea, halogenarea, sulfonarea, reacția Friedel-Crafts):
(E + \u003d Hal +, NO + 2, RCO +, R + etc.)
În anumite sisteme, reacțiile care implică nucleofili se desfășoară în seria aromatică, iar reacțiile care implică electrofili sunt efectuate în seria alifatică (cel mai adesea în seria compușilor organometalici).
53. interacțiunea compușilor oxo cu substanțe organometalice (cetonă sau aldehidă plus substanțe organometalice)
Reacțiile sunt utilizate pe scară largă pentru obținerea de alcooli.Când se adaugă un reactiv Grignard (R-MgX) la formaldehidă, se formează un alcool primar, o altă aldehidă este secundară, iar cetonele sunt alcooli trițiari.
