Determinarea tipului de hibridizare a atomilor substanțelor anorganice. Exemplu de definire a unui tip de conexiune

În procesul de determinare a formei geometrice a unei particule chimice, este important să se țină seama de faptul că perechile de electroni de valență ai atomului principal, inclusiv cei care nu formează o legătură chimică, sunt localizați pe distanta lunga unul de altul în spațiu.

Caracteristicile termenului

Când se ia în considerare problema legăturilor chimice covalente, este adesea folosit conceptul de hibridizare a orbitalilor atomici. Acest termen este asociat cu alinierea formei și energiei. Hibridizarea orbitalilor atomici este asociată cu un proces de rearanjare chimică cuantică. Orbitalii au o structură diferită în comparație cu atomii originali. Esența hibridizării este că electronul care este situat lângă nucleul unui atom legat nu este determinat de un orbital atomic specific, ci de combinația lor cu un număr cuantic principal egal. Mai ales acest proces se referă la orbitalii atomici mai înalți, aproape de energie, care au electroni.

Specificul procesului

Tipurile de hibridizare a atomilor din molecule depind de modul în care sunt orientați noii orbitali. Pe baza tipului de hibridizare, se poate determina geometria unui ion sau a unei molecule și se poate sugera proprietăți chimice specifice.

Tipuri de hibridizare

Acest tip de hibridizare, cum ar fi sp, este o structură liniară, unghiul dintre legături este de 180 de grade. Un exemplu de moleculă cu acest tip de hibridizare este BeCl2.

Următorul tip de hibridizare este sp 2. Moleculele se caracterizează printr-o formă triunghiulară, unghiul dintre legături este de 120 de grade. Un exemplu tipic al acestui tip de hibridizare este BCl3.

Tipul de hibridizare sp3 presupune o structură tetraedrică a moleculei; un exemplu tipic de substanță cu această opțiune de hibridizare este molecula de metan CH4. Unghiul de legătură în acest caz este de 109 grade 28 de minute.

Nu numai electronii perechi, ci și perechile de electroni neîmpărțiți sunt direct implicați în hibridizare.

Hibridarea într-o moleculă de apă

De exemplu, într-o moleculă de apă există două legături covalente polare între atomul de oxigen și atomii de hidrogen. În plus, atomul de oxigen în sine are două perechi de electroni exteriori, care nu participă la crearea unei legături chimice. Aceste 4 perechi de electroni ocupă un anumit spațiu în jurul atomului de oxigen. Deoarece toți au aceeași sarcină, se resping reciproc în spațiu, iar norii de electroni se află la o distanță semnificativă unul de celălalt. Tipul de hibridizare a atomilor din această substanță implică o modificare a formei orbitalilor atomici, aceștia sunt întinși și aliniați la vârfurile tetraedrului. Ca urmare, molecula de apă capătă o formă unghiulară; unghiul de legătură dintre legăturile oxigen-hidrogen este de 104,5 o.

Pentru a prezice tipul de hibridizare, se poate folosi mecanismul donor-acceptor al formării legăturilor chimice. Ca urmare, orbitalii liberi ai unui element cu o electronegativitate mai mică se suprapun, precum și orbitalii unui element cu o negativitate electrică mai mare, care conține o pereche de electroni. În procesul de compilare a configurației electronice a unui atom, se ia în considerare starea lor de oxidare.

Reguli de identificare a tipului de hibridizare

Pentru a determina tipul de hibridizare a carbonului, puteți folosi anumite reguli:

• se identifică atomul central, se calculează numărul de legături σ;
• stabiliți starea de oxidare a atomilor dintr-o particulă;
• înregistrarea configurației electronice a atomului principal în starea de oxidare necesară;
• întocmește o diagramă a distribuției electronilor de valență în orbitali, pereche de electroni;
• sunt identificați orbitalii care sunt direct implicați în formarea legăturilor, se găsesc electroni nepereche (dacă numărul de orbitali de valență este insuficient pentru hibridizare, se folosesc orbitalii de următorul nivel de energie).

Geometria moleculei este determinată de tipul de hibridizare. Nu este afectat de prezența legăturilor pi. În cazul unei legături suplimentare, este posibilă o modificare a unghiului de legătură; motivul este respingerea reciprocă a electronilor care formează o legătură multiplă. Astfel, în molecula de oxid nitric (4), în timpul hibridizării sp 2, unghiul de legătură crește de la 120 de grade la 134 de grade.

Hibridarea într-o moleculă de amoniac

O pereche de electroni neîmpărtășită afectează momentul de dipol rezultat al întregii molecule. Amoniacul are o structură tetraedrică împreună cu o pereche de electroni neîmpărțită. Ionicitatea legăturilor azot-hidrogen și azot-fluor este de 15 și 19 la sută, lungimile sunt determinate a fi 101 și, respectiv, 137 pm. Astfel, molecula de fluorură de azot ar trebui să aibă un moment dipol mai mare, dar rezultatele experimentale indică contrariul.

Hibridarea în compuși organici

Fiecare clasă de hidrocarburi este caracterizată de propriul tip de hibridizare. Astfel, în timpul formării moleculelor din clasa alcanilor (hidrocarburi saturate), toți cei patru electroni ai atomului de carbon formează orbitali hibrizi. Când se suprapun, se formează 4 nori hibrizi, aliniați la vârfurile tetraedrului. În continuare, vârfurile lor se suprapun cu orbitalii s nehibrizi ai hidrogenului, formând o legătură simplă. Hidrocarburile saturate sunt caracterizate prin hibridizare sp 3.

În alchenele nesaturate (reprezentantul lor tipic este etilena), doar trei orbitali de electroni iau parte la hibridizare - s și 2 p; cei trei orbitali hibrizi formează o formă de triunghi în spațiu. Orbitii p non-hibrizi se suprapun, creând o legătură multiplă în moleculă. Această clasă de hidrocarburi organice se caracterizează prin starea hibridă sp 2 a atomului de carbon.

Alchinele diferă de clasa anterioară de hidrocarburi prin faptul că doar două tipuri de orbitali sunt implicate în procesul de hibridizare: s și p. Cei doi electroni p nehibrizi rămași de pe fiecare atom de carbon se suprapun în două direcții, formând două legături multiple. Această clasă de hidrocarburi este caracterizată prin starea sp-hibridă a atomului de carbon.

Concluzie

Prin determinarea tipului de hibridizare într-o moleculă, este posibil să se explice structura diferitelor substanțe anorganice și organice și să prezică posibile Proprietăți chimice substanță specifică.

Instrucțiuni

Luați în considerare molecula celei mai simple hidrocarburi saturate, metanul. Arata cam asa: CH4. Modelul spațial al moleculei este un tetraedru. Atomul de carbon formează legături cu patru atomi de hidrogen care sunt exact la fel ca lungime și energie. În ele, conform exemplului de mai sus, participă 3 – P electron și 1 S – electron, al căror orbital a început să corespundă exact cu orbitalii celorlalți trei electroni ca urmare a ceea ce s-a întâmplat. Acest tip de hibridizare se numește hibridizare sp^3. Este inerent în toate ultimele.

Dar cel mai simplu reprezentant al compușilor nesaturați este etilena. Formula sa este următoarea: C2H4. Ce tip de hibridizare este inerent carbonului din molecula acestei substanțe? Ca urmare, trei orbitali sunt formați sub formă de „cifre opt” asimetrice, situate în același plan, la un unghi de 120 ^ 0 unul față de celălalt. Au fost formați din 1 – S și 2 – P electroni. Ultimul al 3-lea electron P 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 în contact cu doi atomi de hidrogen. Al treilea orbital hibridizat a format o legătură cu același orbital al altuia. Și orbitalii P rămași? Ei „s-au atras” unul de celălalt de ambele părți ale planului moleculei. S-a format o legătură între atomii de carbon. Sunt atomi cu o legătură „dublă” care se caracterizează prin sp^2.

Ce se întâmplă într-o moleculă 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 rămași rețin orbitalii sub formă de „opt regulați”, suprapunându-se” 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 cuvinte, 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 cuvinte. Atribuind-o unui anumit tip, îl poți modifica conform regulilor, chiar dacă nu l-ai mai văzut până acum. Tipuri de elemente cuvinte Lexicologia se ocupă de compunerea limbajului.

Vei avea nevoie

• - text;
• - dictionar.

Instrucțiuni

Selectați cuvântul al cărui tip doriți să determinați. Apartenența sa la una sau alta parte de vorbire nu joacă încă un rol, la fel ca forma și funcția sa într-o propoziție. Poate fi absolut orice cuvânt. Dacă nu este indicat în sarcină, notează-l pe primul pe care îl întâlnești. Stabiliți dacă denumește un obiect, calitate, acțiune sau nu. Pentru acest parametru totul cuvinte se împart în nominativ, pronominal, numeral, auxiliar și interjecțional. La primul tip includ substantive, adjective, verbe și . Sunt nume de obiecte, calități și acțiuni. 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 funcție este disponibilă pentru cuvinte unități de tip denominatoriu, deoarece ele formează seria 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. Ar putea sa fie? Poate fi orice cuvânt semnificativ. Dar atât numeralul cât și numeralul au această posibilitate. Dar cele oficiale cuvinte joacă un rol auxiliar; nu pot fi nici subiectul, nici membrii secundari ai propoziției, la fel ca interjecțiile.

Pentru comoditate, puteți crea un tabel de patru coloane și șase rânduri. Pe rândul de sus, etichetați coloanele corespunzătoare „Tipuri de cuvinte”, „Denumire”, „Concept” și „Poate face parte dintr-o propoziție”. În prima coloană din stânga, notați numele tipurilor de cuvinte, sunt cinci. Determinați ce funcții are un anumit cuvânt și care nu. Pune plusuri și în coloanele corespunzătoare. Dacă toate cele trei coloane conțin plusuri, atunci acesta este un tip semnificativ. Plusurile pronominale vor apărea în prima și a treia coloană, în a doua și a treia. Serviciu cuvinte pot exprima doar un concept, adică au un plus în a doua coloană. Vizavi de interjecțiile din toate cele trei coloane vor exista minusuri.

Video pe tema

Hibridizarea este procesul de obținere a hibrizilor - plante sau animale rezultate din încrucișarea diferitelor soiuri și rase. Cuvântul hibrid (hibrida) cu limba latină tradus prin „amestec”.

Hibridare: naturală și artificială

Procesul de hibridizare se bazează pe combinarea materialului genetic din diferite celule de la diferiți indivizi într-o singură celulă. Există o distincție între intraspecific și distant, în care are loc legătura dintre diferiți genomi. În natură, hibridizarea naturală a avut loc și continuă să aibă loc fără intervenția omului. 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, hibridizarea ADN-ului are loc, acizi nucleici, modificări la nivel atomic și intra-atomic.

În chimia academică, hibridizarea se referă la interacțiunea specifică a orbitalilor atomici în moleculele materiei. Dar nu este real proces fizic, ci doar un model ipotetic, concept.

Hibrizi în producția de culturi

În 1694, omul de știință german R. Camerarius a propus producerea 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. În acest fel, au fost create un număr mare de soiuri moderne de culturi agricole.

În timpul hibridizării la distanță, când reprezentanții sunt încrucișați tipuri diferite iar genomi diferiți sunt combinați, hibrizii rezultați în majoritatea cazurilor nu produc descendenți sau produc încrucișări de calitate scăzută. De aceea, nu are rost să lași semințele de castraveți hibrizi coapte în grădină și să le cumperi semințele de fiecare dată într-un magazin specializat.

Cresterea la animale

În lume are loc și hibridizarea naturală, atât intraspecifică, cât și la distanță. Catârii erau cunoscuți de om cu două mii de ani înaintea erei noastre. Și în zilele noastre se folosesc catârul și bardoiul gospodărie ca un animal de lucru relativ ieftin. Adevărat, o astfel de hibridizare este interspecifică, deci hibrizii masculi se nasc neapărat sterili. Femelele foarte rar pot da naștere urmași.

Un catâr este un hibrid dintre o iapă și un măgar. Hibridul obținut prin încrucișarea unui armăsar și a unui măgar se numește hibrid. 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, ducând la crearea de noi rase de câini. Astăzi, selecția animalelor este o componentă importantă a succesului industriei zootehnice. Hibridizarea se realizează intenționat, concentrându-se pe parametri specificați.

Hibridizarea orbitală atomică este un proces care ne permite să înțelegem cum atomii își modifică orbitalii atunci când formează compuși. Deci, ce este hibridizarea și ce tipuri de ea există?

Caracteristici generale ale hibridizării orbitalilor atomici

Hibridizarea orbitală atomică este un proces în care diferiți orbitali ai unui atom central sunt amestecați, rezultând formarea de orbitali cu caracteristici identice.

Hibridizarea are loc în timpul formării unei legături covalente.

Orbitalul hibrid are șansele unui semn infinit sau o figură inversă asimetrică de opt, extinsă departe de nucleul atomic. Această formă determină o suprapunere mai puternică a orbitalilor hibrizi cu orbitalii (puri sau hibridi) ai altor atomi decât în ​​cazul orbitalilor atomici puri și duce la formarea de legături covalente mai puternice.

Orez. 1. Aspect orbital hibrid.

Ideea hibridizării orbitalilor atomici a fost prezentată pentru prima dată de omul de știință american L. Pauling. El credea că un atom care intră într-o legătură chimică are diferiți orbitali atomici (s-, p-, d-, f-orbitali) și, ca urmare, are loc hibridizarea acestor orbitali. Esența procesului este că orbitalii atomici echivalenti între ei sunt formați din orbitali diferiți.

Tipuri de hibridizare orbitală atomică

Există mai multe tipuri de hibridizare:

• . Acest tip de hibridizare apare atunci când se amestecă un orbital s și unul p. Ca rezultat, se formează doi orbitali sp cu drepturi depline. Acești orbitali sunt localizați spre nucleul atomic în așa fel încât unghiul dintre ei să fie de 180 de grade.

Orez. 2. sp-hibridare.

• hibridizare sp2. Acest tip de hibridizare apare atunci când un orbital s și doi orbitali p se amestecă. Ca urmare, se formează trei orbitali hibrizi, care sunt localizați în același plan la un unghi de 120 de grade unul față de celălalt.
• . Acest tip de hibridizare apare atunci când un orbital s și trei orbitali p se amestecă. Ca rezultat, se formează patru orbitali sp3 cu drepturi depline. Acești orbitali sunt îndreptați spre vârful tetraedrului și sunt situati la un unghi de 109,28 grade unul față de celălalt.

Hibridizarea sp3 este caracteristică multor elemente, de exemplu, atomul de carbon și alte substanțe din grupa IV (CH4, SiH4, SiF4, GeH4 etc.)

Orez. 3. hibridizare sp3.

Sunt de asemenea posibile tipuri mai complexe de hibridizare care implică d-orbitali ai atomilor.

Ce am învățat?

Hibridizarea este un proces chimic complex în care diferiți orbitali ai unui atom formează orbitali hibrizi identici (echivalenți). Teoria hibridizării a fost exprimată pentru prima dată de americanul L. Pauling. Există trei tipuri principale de hibridizare: sp-hibridare, sp2-hibridare, sp3-hibridare. Există, de asemenea, tipuri mai complexe de hibridizare care implică orbitali d.

Hibridizarenumit proces ipotetic de amestecare tipuri variate, ci orbitali ai unui atom dat care sunt apropiați ca energie cu apariția aceluiași număr de orbiti noi (hibrizi 1), identici ca energie și formă.

Hibridizarea orbitalilor atomici are loc în timpul formării legăturilor covalente.

Orbitalii hibrizi au forma unei figuri tridimensionale asimetrice opt, puternic alungite pe o parte a nucleului atomic: .

Această formă determină o suprapunere mai puternică a orbitalilor hibrizi cu orbitalii (puri sau hibridi) ai altor atomi decât în ​​cazul orbitalilor atomici puri și duce la formarea de legături covalente mai puternice. Prin urmare, energia cheltuită pentru hibridizarea orbitalilor atomici este mai mult decât compensată de eliberarea de energie datorită formării de legături covalente mai puternice care implică orbitalii hibrizi. Numele orbitalilor hibrizi și tipul de hibridizare sunt determinate de numărul și tipul de orbitali atomici care participă la hibridizare, de exemplu: sp-, sp 2 -, sp 3 -, sp 2 d- sausp 3 d 2 -hibridizare.

Orientarea orbitalilor hibrizi și, prin urmare, geometria moleculei, depind de tipul de hibridizare. În practică, problema inversă este de obicei rezolvată: mai întâi se stabilește experimental geometria moleculei, după care se descrie tipul și forma orbitalilor hibrizi implicați în formarea acesteia.

sp -Hibridizare. Doi hibrizi sp- Ca urmare a respingerii reciproce, orbitalii sunt localizați în raport cu nucleul atomic în așa fel încât unghiul dintre ei să fie de 180° (Fig. 7).

Orez. 7. Amplasare reciprocă în spațiu de doi sp- orbitali hibrizi ai unui atom: A - suprafețe care acoperă regiuni ale spațiului în care probabilitatea ca un electron să fie prezent este de 90%; b - imagine condițională.

Ca rezultat al acestui aranjament al orbitalilor hibrizi, moleculele de compoziție AX 2, unde A este atomul central, au structura liniara, adică legăturile covalente ale tuturor celor trei atomi sunt situate pe aceeași linie dreaptă. De exemplu, într-o stare sp- hibridizare, sunt localizați orbitalii de valență ai atomului de beriliu din molecula BeCl 2 (Fig. 8). Configurație liniară datorită sp- Moleculele BeH 2, Be(CH 3) 2, ZnCl 2, CO 2, HC≡N și o serie de altele au, de asemenea, hibridizare a orbitalilor de valență ai atomilor.

Orez. 8. Moleculă liniară triatomică de clorură de beriliu BeC1 2 (în stare gazoasă): 1 - 3R- orbital atomului de CI; 2 - Două sp- orbitalii hibrizi ai atomului Be.

s R 2 -Hibridizare. Să luăm în considerare hibridizarea unuia s- si doi R- orbitali. În acest caz, ca urmare a unei combinații liniare a trei orbitali, apar trei orbitali hibrizi sR 2 -orbitali. Sunt situate în același plan la un unghi de 120° unul față de celălalt (Fig. 9). sR 2 - Hibridizarea este caracteristică multor compuși ai borului, care, așa cum se arată mai sus, în stare excitată are trei electroni nepereche: unul s- si doi R-electron. La suprapunere sR 2 -orbitalii unui atom de bor cu orbitalii altor atomi formeaza trei legaturi covalente, egale ca lungime si energie. Molecule în care orbitalii de valență ai atomului central sunt în stare sR 2 -hibridare, au configuratie triunghiulara. Unghiurile dintre legăturile covalente sunt de 120°. Capabil sR 2 -hibridarea sunt orbitalii de valență ai atomilor de bor din moleculele BF 3, BC1 3, atomii de carbon și azot din anionii CO 3 2 -, NO 3 -.

Orez. 9. Poziție reciprocă în spațiul de trei sR 2 -orbitali hibrizi.

s R 3 -Hibridizare. Substanțele în care atomul central conține patru sunt foarte răspândite. sR 3 -orbitali rezultaţi dintr-o combinaţie liniară a unuia s- si trei R-orbitali. Acești orbitali sunt situati la un unghi de 109˚28′ unul față de celălalt și sunt îndreptați către vârfurile tetraedrului, în centrul căruia se află nucleul atomic(Fig. 10 a).

Formarea a patru legături covalente egale din cauza suprapunerii sR 3 -orbitalii cu orbitali ai altor atomi sunt tipici pentru atomii de carbon si alte elemente din grupa IVA; aceasta determină structura tetraedrică a moleculelor (CH 4, CC1 4, SiH 4, SiF 4, GeH 4, GeBr 4 etc.).

Orez. 10. Influența perechilor de electroni nelegatori asupra geometriei moleculelor:

A– metan (fără perechi de electroni nelegatori);

b– amoniac (o pereche de electroni nelegatori);

V– apă (două perechi neaderente).

Perechi de electroni singuri de orbital hibrid lei . În toate exemplele luate în considerare, orbitalii hibrizi au fost „populați” de electroni unici. Cu toate acestea, există adesea cazuri când un orbital hibrid este „ocupat” de o pereche de electroni. Acest lucru afectează geometria moleculelor. Deoarece o pereche de electroni nelegatori este afectată doar de nucleul atomului său, iar o pereche de electroni de legătură este afectată de două nuclee atomice, perechea de electroni nelegatori este mai aproape de nucleul atomic decât cel de legătură. Ca rezultat, perechea de electroni nelegatori respinge perechile de electroni de legătură mai mult decât se resping reciproc. Grafic, pentru claritate, forța mare de respingere care acționează între perechile de electroni nelegați și de legare poate fi reprezentată de orbitalul de electroni mai mare al perechii de nelegare. O pereche de electroni care nu se leagă se găsește, de exemplu, pe atomul de azot din molecula de amoniac (Fig. 10). b). Ca rezultat al interacțiunii cu perechile de electroni de legare, unghiurile de legătură H-N-H sunt reduse la 107,78° față de 109,5° caracteristice unui tetraedru obișnuit.

Perechile de electroni de legătură experimentează o repulsie și mai mare într-o moleculă de apă, unde atomul de oxigen are două perechi de electroni care nu se leagă. Ca urmare, valența unghi N-O-Nîntr-o moleculă de apă este de 104,5° (Fig. 10 V).

Dacă o pereche de electroni nelegatori, ca urmare a formării unei legături covalente prin mecanismul donor-acceptor, se transformă într-una de legătură, atunci forțele de respingere dintre această legătură și alte legături covalente din moleculă sunt egalizate; Unghiurile dintre aceste legături sunt, de asemenea, aliniate. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, în timpul formării cationului de amoniu:

Participarea la hibridizare d -orbitali. Dacă energia atomică d- orbitalii nu sunt foarte diferiți de energii s- Și R- orbitali, atunci ei pot participa la hibridizare. Cel mai comun tip de hibridizare care implică d- orbitalii este sR 3 d 2 - hibridizare, în urma căreia se formează șase orbiti hibrizi de formă și energie egale (Fig. 11). A), situate la un unghi de 90˚ unul față de celălalt și îndreptate spre vârfurile octaedrului, în centrul căruia se află nucleul atomic. Octaedrul (Fig. 11 b) – este un octaedru regulat: toate muchiile din el sunt de lungime egală, toate fețele sunt triunghiuri regulate.

Orez. unsprezece. sR 3 d 2 - Hibridizare

Mai putin comun sR 3 d- hibridizare pentru a forma cinci orbitali hibrizi (Fig. 12 A), îndreptată către vârfurile bipiramidei trigonale (Fig. 12 b). O bipiramidă trigonală este formată prin conectarea a două piramide isoscele cu o bază comună - un triunghi regulat. Tunsele îndrăznețe din fig. 12 b sunt prezentate muchii de lungime egală. Geometric și energetic sR 3 d- orbitalii hibrizi sunt inegale: trei orbitali „ecuatoriali” sunt îndreptați către vârfuri triunghi regulat, și două „axiale” - sus și jos perpendiculare pe planul acestui triunghi (Fig. 12 V). Unghiurile dintre orbitalii „ecuatoriali” sunt egale cu 120°, ca în sR 2 - hibridizare. Unghiul dintre orbitalele „axiale” și oricare dintre orbitalele „ecuatoriale” este de 90°. În consecință, legăturile covalente care se formează cu participarea orbitalilor „ecuatoriali” diferă ca lungime și energie de legăturile la formarea cărora participă orbitalii „axiali”. De exemplu, în molecula PC1 5, legăturile „axiale” au 214 pm lungime, iar legăturile „ecuatoriale” au 202 pm lungime.

Orez. 12. sR 3 d- Hibridizare

Astfel, considerând legăturile covalente ca urmare a suprapunerii orbitalilor atomici, este posibil să se explice geometria moleculelor și ionilor rezultați, care depinde de numărul și tipul de orbitali atomici implicați în formarea legăturilor. Conceptul de hibridizare a orbitalilor atomici, este necesar să înțelegeți că hibridizarea este o tehnică convențională care vă permite să explicați în mod clar geometria unei molecule printr-o combinație de AO.

În 1930, Slater și L. Pauling au dezvoltat teoria formării legăturilor covalente din cauza suprapunerii orbitalii de electroni– metoda legăturilor de valență. Această metodă se bazează pe metoda hibridizării, care descrie formarea moleculelor de substanțe datorită „amestecării” orbitalilor hibrizi („nu electronii sunt amestecați, ci orbitalii”).

DEFINIȚIE

Hibridizare– amestecarea orbitalilor și alinierea formei și energiei acestora. Astfel, la amestecarea orbitalilor s- și p, obținem tipul de hibridizare a orbitalilor sp, s- și 2 p - sp 2, s- și 3 p-orbitali - sp 3. Există și alte tipuri de hibridizare, de exemplu, sp 3 d, sp 3 d 2 și altele mai complexe.

Determinarea tipului de hibridizare a moleculelor cu legătură covalentă

Tipul de hibridizare poate fi determinat numai pentru moleculele cu o legătură covalentă de tip AB n, unde n este mai mare sau egal cu doi, A este atomul central, B este ligand. Numai orbitalii de valență ai atomului central suferă hibridizare.

Să determinăm tipul de hibridizare folosind exemplul moleculei BeH2.

Inițial, notăm configurațiile electronice ale atomului central și ligandului și desenăm formule electronice grafice.

Atomul de beriliu (atomul central) are orbitali 2p liberi, prin urmare, pentru a accepta câte un electron de la fiecare atom de hidrogen (ligand) pentru a forma o moleculă BeH 2, trebuie să intre într-o stare excitată:

Formarea moleculei BeH 2 are loc datorită suprapunerii orbitalilor de valență ai atomului Be

* Electronii hidrogenului sunt indicați cu roșu, iar electronii beriliului cu negru.

Tipul de hibridizare este determinat de care orbitali se suprapun, adică molecula BeH2 este în sp - hibridizare.

Pe lângă moleculele de compoziție AB n, metoda legăturilor de valență poate determina tipul de hibridizare a moleculelor cu legături multiple. Să ne uităm la exemplul moleculei de etilenă C 2 H 4 . Molecula de etilenă are o legătură dublă multiplă, care este formată din legături și –. Pentru a determina hibridizarea, notăm configurațiile electronice și desenăm formulele grafice electronice ale atomilor care alcătuiesc molecula:

6 C 2s 2 2s 2 2p 2

Atomul de carbon are încă un p-orbital liber, prin urmare, pentru a accepta 4 atomi de hidrogen, trebuie să intre într-o stare excitată:

Un orbital p este necesar pentru a forma o legătură (evidențiată cu roșu), deoarece legătura este formată prin suprapunerea orbitalilor p „puri” (nehibrizi). Orbitalii de valență rămași intră în hibridizare. Astfel, etilena este în hibridizare sp 2.

Determinarea structurii geometrice a moleculelor

Structura geometrică a moleculelor, precum și cationii și anionii de compoziție AB n, pot fi determinate folosind metoda Gillespie. Această metodă se bazează pe perechi de electroni de valență. Structura geometrică este influențată nu numai de electronii implicați în formarea unei legături chimice, ci și de perechile de electroni singuri. În metoda lui Gillespie, fiecare pereche de electroni este desemnată E, atomul central este desemnat A, iar ligand este desemnat B.

Dacă nu există perechi de electroni singuri, atunci compoziția moleculelor poate fi AB 2 (structură moleculară liniară), AB 3 (structură triunghiulară plat), AB4 (structură tetraedrică), AB 5 (structură bipiramidă trigonală) și AB 6 (structură octaedrică). structura). Derivatele pot fi obținute din structuri de bază dacă apare o pereche de electroni singuratică în locul unui ligand. De exemplu: AB 3 E (structura piramidală), AB 2 E 2 (structura unghiulară a moleculei).

Pentru a determina structura geometrică (structura) unei molecule, este necesar să se determine compoziția particulei, pentru care se calculează numărul de perechi de electroni singuri (LEP):

NEP = ( numărul total electroni de valență – numărul de electroni folosiți pentru a forma legături cu liganzii) / 2

Legătura cu H, Cl, Br, I, F necesită 1 electron de la A, legătura cu O ia 2 electroni, iar legătura cu N ia 3 electroni de la atomul central.

Să ne uităm la exemplul moleculei BCl 3. Atomul central este B.

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

NEP = (3-3)/2 = 0, prin urmare nu există perechi de electroni singuri și molecula are structura AB 3 - un triunghi plat.

Structura geometrică detaliată a moleculelor compoziție diferită prezentate în tabel. 1.

Tabelul 1. Structura spațială a moleculelor

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1