Як визначити тип гібридизації у неорганічних сполуках. Види гібридизації ао

Інструкція

Розгляньте молекулу найпростішого граничного вуглеводнюметану. Його виглядає так: CH4. Просторова модель молекули є тетраедр. Атом вуглецю утворює з чотирма атомами водню абсолютно однакові по довжині та енергії зв'язку. У них, згідно з вищенаведеним прикладом, беруть участь 3 - Р електрона і 1 S - електрон, орбіталь якого стала точно відповідати орбіталям трьох інших електронів в результаті того, що сталося . Такий тип гібридизації називається sp^3 гібридизацією. Вона властива всім граничним.

А ось найпростіший представник ненасичених – етилен. Його формула виглядає так: С2Н4. Який тип гібридизації властивий вуглецю в молекулі цієї речовини? В результаті її утворюються три орбіталі у вигляді несиметричних «вісімок», що лежать в одній площині під кутом 120^0 один до одного. Їх утворили 1 – S та 2 – Р електрона. Останній 3-й Р - електрон не видозмінив свою орбіталь, тобто вона залишилася у вигляді правильної "вісімки". Такий тип гібридизації називають sp^2 гібридизацією.

Як же утворюються зв'язки в молекулі? Дві гібридизовані орбіталі кожного атома вступили з двома атомами водню. Третя гібридизована орбіталь утворила зв'язок із такою самою орбіталлю іншого. А решта Р – орбіталі? Вони «притягнулися» один до одного по обидва боки від поверхні молекули. Між атомами вуглецю утворився зв'язок. Саме атомам з «подвійним» зв'язком властива sp^2.

А що відбувається у молекулі ацетилену чи ? Його формула виглядає так: С2Н2. У кожному атомі вуглецю гібридизації піддаються лише два електрони: 1 - S і 1 - Р. Інші два зберегли орбіталі у вигляді «правильних вісімок», що перекриваються» в площині молекули і по обидва боки від неї. Саме тому такий тип гібридизації зветься sp – гібридизації. Вона властива атомам із потрійним зв'язком.

всі слова, що існують у тій чи іншій мові, можна розділити на кілька груп. Це важливо для визначення як значення, так і граматичних функцій слова. Поставивши його до певного типуВи можете змінювати його відповідно до правил, навіть якщо воно вам раніше не зустрічалося. Типами елементів слованого складу мови займається лексикологія.

Вам знадобиться

• - Текст;
• - Словник.

Інструкція

Виберіть слово, тип якого потрібно визначити. Приналежність його до тієї чи іншої частини мови поки що не відіграє ролі, як і форма, і функція їх у реченні. Це може бути будь-яке слово. Якщо воно не вказано в завданні, випишіть перше, що попалося. Визначте, називає воно предмет, якість, дію чи ні. За цим параметром все словаділяться на знаменні, займенникові, числівники, службові та вигукові. До першого типувідносяться іменники, прикметники, дієслова та . Саме вони позначають назви предметів, якостей та дій. Другий тип слів, які мають функцію називання - займенниковий. Здатність називати відсутня у , вигуків і службового типів. Це порівняно невеликі групи слів, але є в кожному .

Визначте, чи здатне задане слово висловлювати поняття. Ця функція є у словарних одиниць знаменного типу, адже саме вони і формують понятійний ряд будь-якої мови. Однак будь-яке число теж відноситься до розряду понять, а, відповідно, теж несе в собі цю функцію. Є вона і у службових слів, а от у займенників та вигуків - відсутня.

Розгляньте, як буде слово, якщо воно опиниться у реченні. Чи може воно бути? Їм може бути будь-яке слово визначного типу. Але ця можливість є і у , а також у числового. А ось службові словавідіграють допоміжну роль, ні підлягають, ні ні другорядними членамипропозиції вони не можуть, як і вигуки.

Для зручності можна скласти табличку із чотирьох стовпців шести рядків. У верхньому рядку назвіть відповідні стовпці «Типи слів», «Називання», «Поняття» та «Чи здатне бути членом речення». У першому лівому стовпці запишіть назви типів слів, їх лише п'ять. Визначте, які функції має задане слово, а яких у нього немає. У відповідних графах поставте плюси і . Якщо у всіх трьох графах стоять плюси, це знаменний тип. У займенникового плюси стоятимуть у першому та третьому стовпцях, - у другій та у третій. Службові словаможуть лише висловлювати поняття, тобто мають один плюс у другій графі. Навпроти вигуків у всіх трьох стовпцях стоятимуть мінуси.

Відео на тему

Гібридизацією називається процес отримання гібридів - рослин або тварин, що походять від схрещення різних сортів та порід. Слово гібрид (hibrida) з латинської мовиперекладається як «місяць».

Гібридизація: природна та штучна

Процес гібридизації заснований на об'єднанні в одній клітині генетичного матеріалурізних клітин від різних особин. Розрізняється внутрішньовидова та віддалена, при якій відбувається з'єднання різних геномів. В природі природна гібридизаціявідбувалася та відбувається без участі людини постійно. Саме схрещуючись усередині виду, змінювалися та покращувалися рослини та з'являлися нові сорти та породи тварин. З погляду відбувається гібридизація ДНК, нуклеїнових кислот, зміни на атомному та внутрішньоатомному рівнях.

В академічній хімії під гібридизацією розуміється специфічна взаємодія в молекулах речовини атомних орбіталей. Але це не реальний фізичний процес, А лише гіпотетична модель, концепція.

Гібриди у рослинництві

У 1694 році німецький вчений Р. Камераріус запропонував штучно отримувати. А в 1717 англійський Т. Ферчайдл вперше схрестив різні видигвоздик. Сьогодні внутрішньовидова гібридизація рослин виробляється з метою отримання високоврожайних або пристосованих, наприклад морозостійких сортів. Гібридизація форм та сортів є одним із методів селекції рослин. Таким чином, створено величезну кількість сучасних сортів сільгоспкультур.

При віддаленій гібридизації, коли схрещуються представники різних видів і відбувається поєднання різних геномів, отримані гібриди здебільшого не дають потомство або виробляють суміші низької якості. Саме тому немає сенсу залишати насіння дозрілих на грядці огірків-гібридів, а щоразу купувати їх насіння у спеціалізованому магазині.

Селекція у тваринництві

У світі природна гібридизація, як внутрішньовидова, і віддалена, також має місце. Мули були відомі людині ще за дві тисячі років до нашої ери. І в даний час мул і коней використовується в домашньому господарстві як відносно дешева робоча тварина. Щоправда, така гібридизація є міжвидовою, тож самці-гібриди народжуються обов'язково стерильними. Самки дуже рідко можуть дати потомство.

Мул – це гібрид кобилиці та віслюка. Гібрид, отриманий від схрещування жеребця та ослиці, називається коней. Спеціально розлучаються мули. Вони вищі і сильніші за коня.

А ось схрещування домашнього собаки з вовком було дуже поширеним заняттям у мисливців. Потім, отримане потомство зазнавало подальшої селекції, у результаті створювалися нові породи собак. Сьогодні селекція тварин – важлива складова успішності галузі тваринництва. Гібридизація проводиться цілеспрямовано з орієнтацією на задані параметри.

Про гібриди нам говорять багато. Про них оповідають і фільми, і книжки, і навіть їх розглядає наука. У двох джерелах гібриди є дуже небезпечними істотами. Вони можуть принести дуже багато зла. Але далеко не завжди гібридизація – це погане явище. Досить часто воно буває добрим.

Приклад гібридизації – це кожна людина. Всі ми є гібридами двох людей – батька та матері. Так, злиття яйцеклітини та сперматозоїда також є своєрідною гібридизацією. Саме цей механізм дозволяє рухати еволюцію. При цьому буває гібридизація з негативним знаком. Давайте розглянемо це явище в цілому.

Загальне уявлення про гібридизацію

Втім, не лише біологія включає дане поняття. І нехай у вступі було розглянуто приклад із гібридами як повноцінними особами незрозумілого біологічного виду. У цьому дане поняття можна використовувати й інших науках. І значення даного терміна дещо відрізнятиметься. Але при цьому дещо спільне все ж таки є. Це слово "об'єднання", яке поєднує всі можливі значення даного терміна.

Де існує це поняття?

Термін "гібридизація" використовується у ряді наук. А оскільки більша частинаіснуючих нині дисциплін перетинається, то можна сміливо говорити про використання кожного значення даного терміна у будь-якій науці, так чи інакше пов'язаної з природничими дослідницькими галузями. При цьому найактивніше даний термінвикористовується у:

1. Біологія. Звідси пішло поняття гібрида. Хоча, як завжди, при переміщенні з науки в повсякденне життявідбулося деяке спотворення фактів. Ми під гібридом розуміємо особину, яка вийшла у процесі схрещування двох інших видів. Хоча так буває не завжди.
2. Хімія. Це поняття означає змішування кількох орбіталей - своєрідних шляхів руху електронів.
3. Біохімії. Тут ключовим поняттямє гібридизація ДНК.

Як бачимо, третій пункт знаходиться на стику двох наук. І це є абсолютно нормальна практика. Один і той же термін може утворювати на стику двох наук зовсім інше значення. Давайте детальніше розглянемо поняття гібридизації у цих науках.

Що таке гібрид?

Гібрид - це істота, яка вийшла у процесі гібридизації. Це поняття відноситься до біології. Гібриди можуть виходити як випадково, і спеціально. У першому випадку це можуть вийти тварини, які створюються в процесі парування двох різновидових істот.

Наприклад, розповідають про те, що з'являються у кішок та собак діти, які не є жодними з них. Іноді гібриди створюються спеціально. Наприклад, коли до абрикосу прикріплюють вишню, ми маємо справу якраз із спеціальною гібридизацією.

Гібридизація у біології

Біологія - цікава наука. І поняття гібридизації в ній не менш цікаве. Під цим терміном мається на увазі об'єднання генетичного матеріалу різних клітин на одній. Це може бути як представники одного виду, і кількох. Відповідно відбувається поділ на такі різновиди гібридизації.

• Внутрішньовидова гібридизація. Це коли дві особи одного виду створюють нащадка. Прикладом внутрішньовидової гібридизації вважатимуться людини. Він вийшов у процесі злиття статевих клітин представників одного виду біологічного.
• Міжвидова гібридизація. Це коли схрещуються схожі тварини, що належать до різних видів. Наприклад, гібрид коня та зебри.
• Віддалена гібридизація. Це коли схрещуються представники хоч і одного виду, але не об'єднані сімейними зв'язками.

Кожен із цих різновидів допомагає не тільки еволюції. Вчені також активно намагаються схрещувати різні види живих істот. Найкраще виходить із рослинами. Причин цьому кілька:

• Різна кількість хромосом. У кожного виду є не лише специфічна кількість хромосом, а й їх набір. Усе це заважає відтворювати потомство.
• Розмножуватися можуть лише рослини-гібриди. І то не завжди.
• Поліплоїдними можуть бути лише рослини. Щоб рослина розмножувалася, вона має стати поліплоїдною. У разі тварин це вірна смерть.
• Можливість вегетативної гібридизації. Це дуже простий та зручний спосіб створення гібридів кількох рослин.

Це причини, через які схрещувати дві рослини значно простіше та ефективніше. У випадку з тваринами, можливо, в майбутньому вдасться досягти можливості розмноження. Але на Наразіофіційним у біології вважається думка, що тварини-гібриди втрачають здатність розмножуватися, оскільки ці особини є генетично нестабільними. Отже, невідомо, до чого може призвести їхнє розмноження.

Види гібридизації у біології

Біологія – наука досить широка за своєю спеціалізацією. Буває два види гібридизації, які вона передбачає:

1. Генетична. Це коли із двох клітин робиться одна з унікальним набором хромосом.
2. Біохімічна. Прикладом цього виду є гібридизація ДНК. Це коли комплементарні нуклеїнові кислоти поєднуються в одну ДНК.

Можна ділити на більша кількістьрізновидів. Але це ми зробили у попередньому підрозділі. Так, віддалена та внутрішньовидова гібридизація - це складові частини першого типу. А там класифікація ще більше розширюється.

Поняття вегетативної гібридизації

Вегетативна гібридизація - це поняття в біології, яке означає такий різновид схрещування двох рослин, при якому частина одного виду приживається на іншому. Тобто, гібридизація відбувається за рахунок суміщення двох різних частинорганізму. Так, так можна охарактеризувати рослину. Адже він також має свої органи, об'єднані в цілу систему. Отже, якщо називати рослину організмом, нічого поганого в цьому немає.

Вегетативна гібридизація має низку переваг. Це:

• Зручність.
• Простота.
• Ефективність.
• Практичність.

Дані плюси роблять такий різновид схрещування дуже популярним у садівників. Також є таке поняття, як соматична гібридизація. Це коли схрещують не статеві клітини, а соматичні, вірніше їх протопласти. Цей спосібсхрещування проводиться тоді, коли неможливо створити гібрид стандартним статевим шляхом між кількома рослинами.

Гібридизація у хімії

Але тепер ми трохи відступимо від біології та поговоримо про іншу науку. У хімії є своє поняття, називається воно "гібридизація атомних орбіталей". Це дуже складний термін, але якщо розумітися трохи на хімії, то нічого складного в ньому немає. Спершу треба пояснити, що таке орбіталь.

Це своєрідний шлях, яким рухається електрон. Нас цьому навчали ще у школі. І якщо відбувається таке, що дані орбіталі різного типузмішуються, виходить гібрид. Існує три види явища, званого "гібридизація орбіталей". Це такі різновиди:

• sp-гібридизація - одна s та інша p орбіталь;
• sp 2 -гібридизація - одна s і дві p орбіталі;
• sp 3 -гібридизація - одна s і три p орбіталі з'єднуються.

Ця тема досить складна вивчення, і її слід розглядати нерозривно з решти теорії. Причому поняття гібридизації орбіталей стосується більше кінця цієї теми, а чи не початку. Адже треба вивчити саме поняття орбіталей, якими вони бувають і таке інше.

Висновки

Отже, ми розібралися у значеннях поняття "гібридизація". Це, виявляється, досить цікаво. Багатьом було відкриттям те, що у хімії також є це поняття. Але якби цього такі люди не знали, то чого вони могли б навчитися? А так є розвиток. Важливо не припиняти тренувати ерудицію, оскільки це обов'язково характеризуватиме вас з хорошого боку.

Гібридизація атомних орбіталей та геометрія молекул

Важливою характеристикою молекули, що складається з більш ніж двох атомів, є її геометрична конфігурація.Вона визначається взаємним розташуванняматомних орбіталей, що у освіті хімічних зв'язків.

Перекриття електронних хмар можливе лише за певної взаємної орієнтації електронних хмар; при цьому область перекриття розташовується в певному напрямку по відношенню до взаємодіючих атомів.

Таблиця 1 Гібридизація орбіталей та просторова конфігурація молекул

Збуджений атом берилію має конфігурацію 2s 1 2p 1 , збуджений атом бору - 2s 1 2p 2 і збуджений атом вуглецю - 2s 1 2p 3 . Тому вважатимуться, що у освіті хімічних зв'язків можуть брати участь однакові, а різні атомні орбіталі. Наприклад, у таких сполуках як BeCl 2 , BeCl 3 ,CCl 4 повинні бути нерівноцінні за міцністю та напрямом зв'язку, причому σ-зв'язки з p-орбіталей повинні бути більш міцними, ніж зв'язки з s-орбіталей, т.к. для p-орбіталей є більш сприятливі умови для перекривання. Проте досвід показує, що у молекулах, містять центральні атоми з різними валентними орбіталями (s, p, d), всі зв'язки рівноцінні. Пояснення цьому дали Слейтер та Полінг. Вони дійшли висновку, що різні орбіталі, які не сильно відрізняються за енергіями, утворюють відповідну кількість гібридних орбіталей. Гібридні (змішані) орбіталі утворюються із різних атомних орбіталей. Число гібридних орбіталей дорівнює числу атомних орбіталей, що беруть участь у гібридизації. Гібридні орбіталі однакові за формою електронної хмари та енергії. Порівняно з атомними орбіталями вони витягнуті у напрямі освіти хімічних зв'язків і тому зумовлюють краще перекриття електронних хмар.

Гібридизація атомних орбіталей потребує витрат енергії, тому гібридні орбіталі в ізольованому атомі нестійкі і прагнуть перетворитися на чисті АТ. При утворенні хімічних зв'язків гібридні орбіталі стабілізуються. Внаслідок більш міцних зв'язків, утворених гібридними орбіталями, із системи виділяється більше енергії, і тому система стає стабільнішою.

sp-гібридизація має місце, наприклад, при утворенні галогенідів Be, Zn, Co та Hg (II). У валентному стані всі галогеніди металів містять на відповідному енергетичному рівні s та p-неспарені електрони. При утворенні молекули одна s-і одна р-орбіталь утворюють дві гібридні sp-орбіталі під кутом 180 про.

Рис.3 sp-гібридні орбіталі

Експериментальні дані показують, що всі галогеніди Be, Zn, Cd і Hg (II) лінійні та обидва зв'язки мають однакову довжину.

sp 2 -гібридизація

В результаті гібридизації однієї s-орбіталі і двох p-орбіталей утворюються три гібридні sp 2 -орбіталі, розташовані в одній площині під кутом 120 один до одного. Така, наприклад, конфігурація молекули BF3:

Рис.4 sp 2 -гібридизація

sp 3 -гібридизація

sp 3 -гібридизація характерна для сполук вуглецю. В результаті гібридизації однієї s-орбіталі та трьох

р-орбіталей утворюються чотири гібридні sp 3 -орбіталі, спрямовані до вершин тетраедра з кутом між орбіталями 109,5 про. Гібридизація проявляється в повній рівноцінності зв'язків атома вуглецю з іншими атомами в сполуках, наприклад, CH 4 , CCl 4 , C(CH 3) 4 та ін.

Рис.5 sp 3 -гібридизація

Якщо всі гібридні орбіталі пов'язані з однаковими атомами, зв'язки нічим не відрізняються один від одного. В інших випадках трапляються невеликі відхилення від стандартних валентних кутів. Наприклад, у молекулі води H 2 O кисень - sp 3 -гібридний, знаходиться в центрі неправильного тетраедра, у вершини якого "дивляться" два атоми водню та дві неподілені пари електронів (рис. 2). Форма молекули кутова, якщо дивитися центрами атомів. Валентний кут HОН становить 105 про, що досить близько до теоретичного значення 109 про.

Рис.6 sp 3 -гібридизація атомів кисню та азоту в молекулах а) H 2 O і б) NCl 3 .

Якби не відбувалося гібридизації (“вирівнювання”) зв'язків O-H), валентний кут HOH дорівнював би 90°, тому що атоми водню були б приєднані до двох взаємно перпендикулярних р-орбіталів. У цьому випадку наш світ виглядав би, мабуть, зовсім інакше.

Теорія гібридизації пояснює геометрію молекули аміаку. В результаті гібридизації 2s і трьох 2p орбіталей азоту утворюються чотири гібридні орбіталі sp 3 . Конфігурація молекули являє собою спотворений тетраедр, в якому три гібридні орбіталі беруть участь в освіті хімічного зв'язку, А четверта з парою електронів – ні. Кути між зв'язками N-Hне рівні 90 про як у піраміді, але й не рівні 109,5 про відповідні тетраедру.

Рис.7 sp 3 - гібридизація в молекулі аміаку

При взаємодії аміаку з іоном водню внаслідок донорно-акцепторної взаємодії утворюється іон амонію, конфігурація якого є тетраедр.

Гібридизація пояснює також відмінність кута між зв'язками О-Ну кутовій молекулі води. В результаті гібридизації 2s і трьох 2p орбіталей кисню утворюються чотири гібридних орбіталі sp 3 з яких тільки дві беруть участь в утворенні хімічного зв'язку, що призводить до спотворення кута, що відповідає тетраедру.

Рис.8 sp 3 -гібридизація в молекулі води

У гібридизацію можуть включатися не тільки s-і р-, але і d-і f-орбіталі.

При sp 3 d 2 -гібридизації утворюється 6 рівноцінних хмар. Вона спостерігається в таких сполуках як 4-, 4-. При цьому молекула має конфігурацію октаедра:

Рис. 9 d 2 sp 3 -гібридизація в іоні 4-

Уявлення про гібридизації дають змогу зрозуміти такі особливості будови молекул, які неможливо пояснити іншим способом.

Гібридизація атомних орбіталей (АТ) призводить до усунення електронної хмари у напрямку утворення зв'язку з іншими атомами. Через війну області перекриття гібридних орбіталей виявляються більше, ніж чистих орбіталей і міцність зв'язку збільшується.

Гібридизація атомних орбіталей - процес, що дозволяє зрозуміти, як атоми видозмінюють свої орбіталі при утворенні сполук. То що ж таке гібридизація, і які її типи існують?

Загальна характеристика гібридизації атомних орбіталей

Гібридизація атомних орбіталей – це процес, у якому поєднуються різні орбіталі центрального атома, у результаті утворюються однакові за своїми характеристиками орбіталі.

Гібридизація відбувається у процесі утворення ковалентного зв'язку.

Гібридна орбіталь має фору знака нескінченності чи несиметричної перевернутої вісімки, витягнутої убік атомного ядра. Така форма обумовлює сильніше, ніж у разі чистих атомних орбіталей, перекриття гібридних орбіталей з орбіталями (чистих або гібридних) інших атомів і призводить до утворення міцніших ковалентних зв'язків.

Рис. 1. Гібридна орбіталь зовнішній вигляд.

Вперше ідею про гібридизацію атомних орбіталей висунув американський вчений Л. Полінг. Він вважав, що у атома, що вступає в хімічний зв'язок, є різні атомні орбіталі (s-, p-, d-, f-орбіталі), то в результаті відбувається гібридизація цих орбіталей. Суть процесу у тому, що з різних орбіталей утворюються еквівалентні одне одному атомні орбіталі.

Типи гібридизації атомних орбіталей

Існує кілька видів гібридизації:

• . Цей вид гібридизації відбувається, коли поєднуються одна s-орбіталь і одна p-орбіталь. В результаті утворюються дві повноцінних sp-орбіталей. Ці орбіталі розташовані до атомному ядрутаким чином, що кут між ними становить 180 градусів.

Рис. 2. sp-гібридизація.

• sp2-гібридизація. Цей вид гібридизації відбувається, коли поєднуються одна s-орбіталь і дві p-орбіталі. В результаті відбувається утворення трьох гібридних орбіталей, що розташовані в одній площині під кутом 120 градусів один до одного.
• . Цей вид гібридизації відбувається, коли поєднуються одна s-орбіталь і три p-орбіталі. В результаті відбувається утворення чотирьох повноцінних sp3-орбіталей. Ці орбіталі спрямовані до вершини тетраедра і розташовані один до одного під кутом 109,28 градусів.

sp3-гібридизація характерна для багатьох елементів, наприклад, атома вуглецю та інших речовин IVА групи (CH 4 , SiH 4 , SiF 4 , GeH 4 та ін.)

Рис. 3. sp3-гібридизація.

Можливі також і більше складні видигібридизації за участю d-орбіталей атомів

Що ми дізналися?

Гібридизація – складний хімічний процесколи різні орбіталі атома утворюють однакові (еквівалентні) гібридні орбіталі. Першим теорію гібридизації озвучив американець Л. Полінг. Виділяють три основні види гібридизації: sp-гібридизація, sp2-гібридизація, sp3-гібридизація. Існують також складніші види гібридизації, в яких беруть участь d-орбіталі.

ГІБРИДИЗАЦІЯ- це явище взаємодії між собою молекулярних орбіталей, близьких за енергією та мають загальні елементи симетрії, з утворенням гібридних орбіталей з нижчою енергією.

Чим повніше в просторі перекриваються одна з одною електронні хмари, що беруть участь у хімічному зв'язку, тим меншим запасом енергії володіють електрони, що знаходяться в області перекриття і здійснюють зв'язок, і тим міцніше хімічний зв'язок між цими атомами.

Іноді зв'язок між атомами міцніший, ніж цього можна було очікувати на підставі розрахунку. Передбачається, що атомна орбіталь набуває форми, що дозволяє їй повніше перекриватися з орбіталлю сусіднього атома. Змінити свою форму атомна орбіталь може лише комбінуючись з іншими атомними орбіталями іншої симетрії цього ж атома. В результаті комбінації різних орбіталей (s, p, d) виникають нові атомні орбіталі проміжної форми, які називаються гібридними .

Перебудова різних атомних орбіталей на нові орбіталі, усереднені формою називається гібридизацією .

Число гібридних орбіталей дорівнює числу вихідних.Так, при комбінації s-і р-орбіталей (sp-гібридизація) виникають дві гібридні орбіталі, які орієнтуються під кутом 180 ° один до одного, рис.3, табл. 5 та 6.

(s+p)-орбіталі Дві sp - орбіталі Дві sp-гібридні

орбіталі

Рисунок 3 – sp – Гібридизація валентних орбіталей

Таблиця 6 - Освіта гібридних орбіталей

Таблиця 7 – Утворення деяких молекул V та VI періодів

Хімічний зв'язок, утворений електронами гібридних орбіталей, міцніший за зв'язок за участю електронів негібридних орбіталей, так як при гібридизації перекривання відбувається в більшою мірою. Гібридні орбіталі утворюють лише s-зв'язки.

Гібридизації можуть піддаватися орбіталі, які мають близькі енергії.У атомів з малим значенням заряд ядра для гібридизації придатні тільки s-і р-орбіталі. Це найхарактерніше елементів другого періоду II – VI груп, табл. 6 та 7.

У групах зверху донизузі збільшенням радіусу атома здатність утворювати ковалентні зв'язкислабшає, посилюється відмінність в енергіях s- та р-електронів, зменшується можливість їх гібридизації.

Електронні орбіталі, що у освіті зв'язків, та його просторова орієнтація визначають геометричну форму молекул.

Лінійна форма молекул. З'єднання, що мають лінійну форму молекул, утворюються при перекриванні:

1. Двох s-орбіталей (s - s зв'язок): Н 2, Na 2, K 2 та ін.

2. s - і р-орбіталей (s - р зв'язок): НС1, НВr та ін.

3. Двох р-орбіталей (р - р зв'язок): F 2, C1 2, Вr 2 і т.д.

s–s s–p р–р

Рисунок 4 – Лінійні молекули

Лінійну форму молекул утворюють також атоми деяких елементів II групи з атомами водню або галогенів (ВеН 2 ВеГ 2 ZnГ 2). Розглянемо утворення молекул ВеС1 2 . Атом берилію в збудженому стані має два неспарені електрони (2s l і 2р 1), отже, відбувається sp-гібридизація, при якій утворюються дві sp-гібридні орбіталі, розташовані відносно один одного під кутом 180 ° (см гібридизацію орбіталей). При взаємодії берилію з галогенами відбувається перекриваючи двох sp-гібридних орбіталей атома берилію з р-орбіталями двох атомів хлору, в результаті утворюється молекула лінійної форми, рис. 5.

Рисунок 5 – Лінійна молекула BeCl 2

Трикутна форма молекул має місце при освіті галогенідів бору, алюмінію. Збуджений атом бота має три неспарені електрони (2s 1 і 2р 2), При утворенні хімічних зв'язків відбувається sp 2 -гібридизація і утворюються три sp 2 - гібіридні орбіталі, які лежать в одній площині і орієнтовані один до одного під кутом 120 °, рис. 6.

(s+p+p)- три sp 2 - гібридні

орбіталі орбіталі

Рисунок 6 – sp 2 –Гібридизація валентних орбіталей (а) та

трикутна молекула ВСl 3 (б)

При взаємодії бору з хлором відбувається перекриття трьох sр 2 -гібридних орбіталей атома бору з р-орбіталями трьох атомів хлору, у результаті утворюється молекула, що має форму плоского трикутника. Валентний кут молекули ВСl 3 дорівнює 120°.

Тетраедрична форма молекули характерна для сполук елементів IV групи головної підгрупиз галогенами, воднем. Так, атом вуглецю в збудженому стані має чотири неспарені електрони (2s 1 і 2р 3) отже, відбувається sp-гібридизація, при якій утворюються чотири гібридні орбіталі, розташовані один до одного під кутом 109,28°, рис. 7.

(s+p+p+p)- чотири sp 3 -гібридні

орбіталі орбіталі

Рисунок 7 – sp 3 –Гібридизація валентних орбіталей (а) та

тетраедрична молекула СН 4(б)

При перекриванні чотирьох sp 3 -гібридних орбіталей атома вуглецю та s-орбіталів чотирьох атомів водню утворюється молекула метану, яка має форму тетраедра. Валентний кут дорівнює 109,28 °.

Розглянуті геометричні формимолекул (лінійні, трикутні, тетраедричні) є ідеальними(Правило Гіллеспі).

На відміну від вище розглянутих сполук молекули елементів V та VI груп головних підгруп мають валентні неподілені пари електронів, тому кути між зв'язками виявляються меншими порівняно з ідеальними молекулами.

Пірамідальна форма молекул має місце при освіті водневих сполукелементів V груп головної підгрупи При утворенні хімічного зв'язку, наприклад, у атома азоту так само як і в атома вуглецю відбувається sp 3 -гібридизація і утворюється чотири sp 3 -гібридні орбіталі, які орієнтовані під кутом 109,28 один до одного. Але на відміну від атома вуглецю в атома азоту в гібридизації беруть участь як одноелектронні орбіталі(2р 3), а й двоелектронна(2s 2). Тому з чотирьох sp 3 -гібридних орбіталей на трьох знаходяться по одному електрону (одноелектронна орбіталь), ці орбіталі утворюють зв'язки з трьома атомами водню. Четверта орбіталь з неподіленою парою електронів не бере участі у освіті зв'язку. Молекула NH3 має форму піраміди, рис. 8.

Рисунок 8 – Пірамідальна молекула аміаку

У вершині піраміди знаходиться атом азоту, а в кутах (трикутника) основи атоми водню. Валентний кут дорівнює 107,3 ​​°. Відхилення значення кута від тетраедричного (109,28°) обумовлено відштовхуванням між неподіленою парою електронів на четвертій sp 3 -гібридної орбіталі і парами, що зв'язують, на трьох інших орбіталях, тобто. sp 3 -гібридна орбіталь з неподіленою парою електронів відштовхує в напрямку від себе три інші орбіталі зв'язку N-H, зменшуючи кут до 107,3 ​​°.

Відповідно до правила Гіллеспі: якщо центральний атом відноситься до елементів третього або наступних періодів, а кінцеві атоми належать менш електронегативним елементам, ніж галогени, то утворення зв'язків здійснюється через чисті р - орбіталі та валентні кути стають » 90°, отже, у аналогів азоту (Р, As, Sb) гібридизація орбіталей у молекулах водневих сполук не спостерігається. Наприклад, в освіті молекули фосфіну (РН 3) беруть участь три неспарені р-електрони (3s 2 і 3р 3), електронні орбіталі яких розташовані в трьох взаємно перпендикулярних напрямках, і s-електрони трьох атомів водню. Зв'язки розташовуються вздовж трьох осей р-орбіталей. Утворені молекули мають, як і молекули NН 3 , пірамідальну форму, але на відміну від молекули NН 3 в молекулі РН 3 валентний кут дорівнює 93,3 °, а в сполуках AsH 3 і SbH 3 - відповідно 91,8 і 91,3 °, рис. 9 та табл. 4.

Рисунок 9 – Молекула РН 3

Неподілена пара електронів займатиме незв'язуючу s-орбіталь.

Кутова форма молекул утворюють водневі сполуки елементів VI групи головної підгрупи. Розглянуті особливості утворення зв'язків у сполуках елементів V групи характерні і водневих сполук елементів VI групи. Так, у молекулі води атом кисню, як і атом азоту, перебуває у стані sp 3 -гибридизации. З чотирьох sp 3 -гібридних орбіт на двох знаходиться по одному електрону, ці орбіталі утворюють зв'язки з двома атомами водню.

Дві інші з чотирьох sp 3 -гібридних орбіталей містять неподіленої пари електронів і не бравши участі в освіті зв'язку.

Молекула Н 2 має кутову форму, валентний кут дорівнює 104,5°. Відхилення значення кута від тетраедричного ще більшою мірою обумовлено відштовхуванням від двох неподілених пар електронів, рис. 10.

Рисунок 10 – Кутова молекула води

Кутову форму молекул мають H 2 S, H 2 Se, H 2 Te, тільки у аналогів кисню утворення зв'язків у з'єднанні Н 2 Е здійснюється через чисті р-орбіталі(Правило Гіллеспі), тому валентні кути становлять »90 °. Так, у молекулах H 2 S, H 2 Se, H 2 Te вони відповідно дорівнюють 92; 91; 89,5 °.

Таблиця 8 - Молекули водневих сполук елементів 2-го періоду