Химическая гибридизация sp, sp2, sp3



химическая гибридизация Это «микс» из атомных орбиталей, чье понятие было введено химик Лайнус Полинг в 1931 году для покрытия теории несовершенств валентной связи (ТРВ). Какие недостатки? К ним относятся: молекулярная геометрий и длины эквивалентные связи в молекулах, такие как метан (СНО4).

В соответствии с ТРВ в метана атомных орбиталей формы С четырех связей сг четыре атома H. 2р орбитали, с формами ∞ (нижней) части C расположены перпендикулярно друг к другу, так что Н должны быть отделены друг от друга другой под углом 90 °.

Кроме того, 2с орбиталь (сферическая) связывается с С 1s орбиты Н под углом 135 ° по отношению к другим трем Н. Однако экспериментально установлено, что углы в CH4 109,5º и что, кроме того, длины связей C-H эквивалентны.

Чтобы объяснить это, необходимо рассмотреть комбинацию исходных атомных орбиталей для формирования четырех вырожденных гибридных орбиталей (равной энергии). Здесь идет химическая химия. На что похожи гибридные орбитали? Это зависит от атомных орбиталей, которые их генерируют. Они также показывают смесь электронных характеристик этих.

индекс

  • 1 sp3 гибридизация
    • 1.1 Интерпретация
    • 1.2 Отклонения углов звеньев
  • 2 Гибридизация sp2
  • 3 Гибридизация зр
  • 4 Ссылки

Гибридизация зр3

В случае СН4, Гибридизация кл3. Из этого подхода молекулярная геометрия объясняется четырьмя sp-орбиталями3 разделены на 109,5º и направлены к вершинам тетраэдра.

На изображении выше вы можете увидеть, как sp орбитали3 (зеленый) установить тетраэдрическую электронную среду вокруг атома (A, который является C для CH4).

Почему 109,5º, а не другие углы, чтобы «нарисовать» другую геометрию? Причина в том, что этот угол сводит к минимуму электронные отталкивания четырех атомов, которые связаны с.

Таким образом, молекула СН4 может быть представлен в виде тетраэдра (тетраэдрическая молекулярная геометрия).

Если вместо Н С образует связи с другими группами атомов, то что тогда будет его гибридизацией? Пока углерод образует четыре σ-связи (C-A), его гибридизация будет3.

Можно предположить, что в других органических соединениях, таких как СН3OH, CCl4, C (CH3)4, С6H12 (циклогексан) и др., углерод имеет sp-гибридизацию3.

Это имеет основополагающее значение для эскиза органических структур, где углерод с простыми связями представляет точки расхождения; то есть структура не остается в одной плоскости.

интерпретация

Какова простейшая интерпретация для этих гибридных орбиталей без учета математических аспектов (волновых функций)? Sp орбитали3 подразумевают, что они были созданы четырьмя орбиталями: одна с и три р.

Поскольку комбинация этих атомных орбиталей должна быть идеальной, четыре sp-орбитали3 в результате они идентичны и занимают разные ориентации в пространстве (например, на орбиталях рх, ри и рZ).

Вышеуказанное применимо к остальным возможным гибридизациям: количество образовавшихся гибридных орбиталей такое же, как и у комбинированных атомных орбиталей. Например, sp-гибридные орбитали3d2 они образованы из шести атомных орбиталей: одна s, три p и две d.

Отклонения углов ссылок

Согласно теории электрона пара отталкивания слоя Valencia (VSEPR), пара свободных электронов занимает больше объема, чем атом связанного. Это приводит ссылка отходит уменьшение напряжения электроники и отвлечение углов 109,5º:

Например, в молекуле воды атомы H связаны со sp-орбиталями3 (зеленым цветом), а также пары электронов, которые не являются общими ":" занимают эти орбитали.

Отталкиванием этих пар электронов, как правило, представлены в виде «двух шаров с глазами», который, из-за их объема, репелленты двух звеньев сг O-H.

Таким образом, в воде углы звеньев действительно равны 105º вместо 109,5º, ожидаемых для тетраэдрической геометрии..

Какая геометрия у H тогда?2O? Имеет угловую геометрию. Почему? Поскольку, хотя электронная геометрия является тетраэдрической, две пары неразделенных электронов отвлекают ее от угловой геометрии.

Гибридизация зр2

Когда атом объединяет две p и одну s орбитали, он генерирует три sp гибридных орбитали2; тем не менее, орбитальная p остается неизменной (потому что их три), которая представлена ​​оранжевой полосой на изображении выше.

Здесь три sp орбитали2 они зеленого цвета, чтобы подчеркнуть их отличие от оранжевой полосы: «чистая» орбиталь.

Атом с sp-гибридизацией2 может быть визуализирован как плоский тригональный пол (треугольник, нарисованный с помощью орбиталей sp2 зеленого цвета), вершины которого разделены углами 120º и перпендикулярны полосе.

И какую роль играет чистая орбиталь? Это образует двойную связь (=). Sp орбитали2 позволяют формировать три σ-связи, в то время как чистая p-орбитальная π-связь (двойная или тройная связь подразумевает одну или две π-связи).

Например, чтобы нарисовать карбонильную группу и структуру молекулы формальдегида (H2С = о), происходит следующим образом:

Sp орбитали2 оба из C и O образуют связь σ, а их чистые орбитали образуют связь π (оранжевый прямоугольник).

Видно, как остальные электронные группы (атомы H и неразделенные электронные пары) расположены в других sp-орбиталях.2, разделены на 120º.

Гибридизация зр

Верхнее изображение показывает атом А с sp-гибридизацией. Здесь орбиталь s и орбиталь s объединяются, чтобы создать две вырожденные sp орбитали. Однако теперь две чистые p-орбитали остаются неизменными, что позволяет A образовывать две двойные связи или тройную связь (≡).

Другими словами: если в структуре C соответствует вышеуказанному (= C = или C≡C), то его гибридизация является sp. Для других менее иллюстративных атомов - таких как переходные металлы - описание электронной и молекулярной геометрий является сложным, поскольку рассматриваются также орбитали d и даже f орбитали..

Гибридные орбитали разделены углом 180 °. По этой причине связанные атомы расположены в линейной молекулярной геометрии (B-A-B). Наконец, на изображении ниже вы можете увидеть структуру аниона цианида:

ссылки

  1. Sven. (3 июня 2006 г.). S-р-орбитали. [Рисунок]. Получено 24 мая 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org
  2. Ричард К. Бэнкс. (Май 2002 г.). Склеивание и гибридизация. Получено 24 мая 2018 г. из: chem.boisestate.edu
  3. Джеймс. (2018). Ярлык гибридизации. Получено 24 мая 2018 г. по адресу: masterorganicchemistry.com
  4. Доктор Ян Хант. Химический факультет Университета Калгари. гибридизация sp3. Получено 24 мая 2018 г. по адресу: chem.ucalgary.ca
  5. Химическая связь II: Молекулярная геометрия и гибридизация атомных орбиталей Глава 10. [PDF]. Получено 24 мая 2018 г. из: wou.edu
  6. Quimitube. (2015). Ковалентная связь: введение в гибридизацию атомных орбиталей. Получено 24 мая 2018 г. из: quimitube.com
  7. Дрожь и Аткинс. (2008). Неорганическая химия (Четвертое издание, стр. 51). Mc Graw Hill.