Hybridation SP3 des nuages \u200b\u200bélectroniques d'atome de carbone. Types d'hybridation de l'AO.

Molécule mulatimomique avec la survenue d'orbitation identique, équivalente dans leurs caractéristiques.

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✪ hybridation. Molécules polaires et non polaires. Préparation de soi à l'examen et ct en chimie

Les sous-titres

Concept d'hybridation

Concept d'hybridation de la valence orbitale atomique Il a été proposé par le chimiste américain Linus Pauling pour une réponse à la question de savoir pourquoi, en présence d'un atome central de différentes valences orbitales (S, P, D), les liaisons formées dans des molécules polyhydriques avec les mêmes ligands sont équivalentes à leur caractéristiques énergétiques et spatiales.

Les présentations sur l'hybridation occupent une place centrale dans la méthode de la Valence Relations. L'hybridation elle-même n'est pas un processus physique réel, mais seul un modèle pratique qui vous permet d'expliquer structure électronique Molécules, en particulier, des modifications hypothétiques d'orbitales atomiques dans la formation d'une liaison chimique covalente, notamment en nivelant les longueurs des liaisons chimiques et des angles de valence dans la molécule.

Le concept d'hybridation a été appliqué avec succès à une description qualitative de molécules simples, mais a ensuite été élargi pour plus complexe. Contrairement à la théorie des orbitales moléculaires, il n'est pas strictement quantifié, par exemple, il n'est pas en mesure de prédire les spectres photoélectrons de même de telles molécules simples comme l'eau. Actuellement utilisé principalement à des fins méthodiques et en chimie organique synthétique.

Ce principe est reflété dans la théorie de la répulsion des paires électroniques de Gillespi-Nijolma, le premier et le plus une règle importante qui a été formulé comme suit:

La deuxième règle était que "Toutes les paires électroniques incluses dans la valence coque électroniquesont considérés comme situés à la même distance du noyau ".

Types d'hybridation

sp-hybridation

Il se produit lors du mélange d'une s et d'une orbitale p. Deux orbitales sp-atomiques équivalentes sont formées, situées linéairement à un angle de 180 degrés et dirigée vers différents côtés du noyau de l'atome central. Les deux autres orbitales non mentionnées non mentionnées sont situées dans des plans mutuellement perpendiculaires et sont impliqués dans la formation de liaisons π ou sont engagés dans les paires vulnérables des électrons.

sP 2 -Hypypridation

Il se produit lors de la mélange d'une et de deux orbitales p. Trois orbitales hybrides sont formées d'axes situés dans le même plan et dirigés vers les sommets du triangle à un angle de 120 degrés. L'orbital p-atomique non libéral est perpendiculaire à l'avion et, en règle générale, participe à la formation de liens π

sP 3-hybridation

Il se produit lors du mélange d'une s et de trois orbitales de P, formant quatre équivalents sur les orbitales de forme et d'énergie SP 3-hybride.

Les axes SP 3 sont dirigés vers les sommets du tétraèdre, tandis que le noyau de l'atome central est situé au centre de la sphère décrite de ce tétraèdre. L'angle entre deux axes est d'environ 109 ° 28 ", ce qui correspond à l'énergie la plus faible de la répulsion des électrons. De plus, SP 3 peut former quatre liaisons σ avec d'autres atomes ou remplies de paires d'électrons Watelling. Cette condition est caractéristique de Atomes de carbone chez les hydrocarbures saturés et, en conséquence, chez les radicaux alkyle et leurs dérivés.

Hybridation et géométrie des molécules

L'idée de l'hybridation des orbitales atomiques est basée sur la théorie de la répulsion des paires électroniques de Gillespi-Nholma. Chaque type d'hybridation correspond à une orientation spatiale strictement définie des orbitales hybrides de l'atome central, ce qui lui permet de l'utiliser comme base de représentations stéréochimiques dans non chimie organique.

Le tableau montre des exemples de la correspondance des types d'hybridation les plus courants et de la structure géométrique des molécules en supposant que toutes les orbitations hybrides sont impliquées dans la formation de liaisons chimiques (il n'y a pas de paires électroniques vulnérables).

Concept d'hybridation

Concept d'hybridation de la valence orbitale atomique Il a été proposé par le chimiste américain Linus Pauling pour une réponse à la question de savoir pourquoi, en présence d'un atome central de différentes valences orbitales (S, P, D), les liaisons formées dans des molécules polyhydriques avec les mêmes ligands sont équivalentes à leur caractéristiques énergétiques et spatiales.

Les présentations sur l'hybridation occupent une place centrale dans la méthode de la Valence Relations. L'hybridation elle-même n'est pas un processus physique réel, mais seul un modèle pratique qui vous permet d'expliquer la structure électronique des molécules, en particulier des modifications hypothétiques d'orbitales atomiques dans la formation d'une liaison chimique covalente, notamment en alignant les longueurs de Obligations chimiques et angles de valence dans la molécule.

Le concept d'hybridation a été appliqué avec succès à une description qualitative de molécules simples, mais a ensuite été élargi pour plus complexe. Contrairement à la théorie des orbitales moléculaires, il n'est pas strictement quantifié, par exemple, il n'est pas en mesure de prédire les spectres photoélectrons de même de telles molécules simples comme l'eau. Actuellement utilisé principalement à des fins méthodiques et en chimie organique synthétique.

Ce principe a été reflété dans la théorie de la répulsion des paires électroniques de Gillespi-Nijaholm. La première et la plus importante règle comme suit:

La deuxième règle est que "Toutes les paires électroniques incluses dans la coque électronique de la valence sont considérées comme situées à la même distance du noyau".

Types d'hybridation

sp-hybridation

Il se produit lors du mélange d'une s et d'une orbitale p. Deux orbitales spo-atomiques équivalentes sont formées, situées linéairement à un angle de 180 degrés et dirigée dans des directions différentes sur le noyau de l'atome de carbone. Les deux autres orbitales non mentionnées non mentionnées sont situées dans des plans mutuellement perpendiculaires et sont impliqués dans la formation de liaisons π ou sont engagés dans les paires vulnérables des électrons.

sP 2 -Hypypridation

Il se produit lors de la mélange d'une et de deux orbitales p. Trois orbitales hybrides sont formées d'axes situés dans un plan et dirigés vers les sommets du triangle à un angle de 120 degrés. L'orbital p-atomique non libéral est perpendiculaire à l'avion et, en règle générale, participe à la formation de liens π

sP 3-hybridation

Il se produit lors de la mélange d'une s et de trois orbitales p, formant quatre orbitaux équivalents sur la forme et l'énergie SP3-hybride. Quatre liaisons σ avec d'autres atomes peuvent être formées ou remplies de paires d'électrons vides.

Les orbitales SP3-hybride sont dirigées vers les sommets du tétraédron correct. Le coin tétraédrique entre eux est de 109 ° 28, "qui correspond à l'énergie la plus faible de la répulsion des électrons. En outre, les orbitales SP3 peuvent former quatre liaisons σ à d'autres atomes ou remplies de paires d'électrons d'amarrage.

Hybridation et géométrie des molécules

Les représentations de l'hybridation des orbitales atomiques sous-tendent la théorie de la répulsion des paires électroniques de Hillespi-Nijaholm. Chaque type d'hybridation correspond à une orientation spatiale strictement définie des orbitales hybrides de l'atome central, ce qui lui permet d'utiliser comme base de représentations stéréochimiques en chimie inorganique.

Le tableau montre des exemples de la correspondance des types d'hybridation les plus courants et de la structure géométrique des molécules en supposant que toutes les orbitations hybrides sont impliquées dans la formation de liaisons chimiques (il n'y a pas de paires électroniques vulnérables).

Type d'hybridation	Nombre orbitales hybrides	Géométrie	Structure	Exemples
sp.	2	Linéaire		BEF 2, CO 2, NO 2 +
sP 2.	3	Triangulaire		BF 3, No 3 -, CO 3 2-
sP 3.	4	Tétrahédrien		CH 4, clo 4 -, donc 4 2-, NH 4 +
dSP 2.	4	Hangar		NI (CO) 4, XEF 4
sP 3 D.	5	Hexahédrien		PCL 5, ASF 5
sP 3 D 2	6	Octaèdrique		SF 6, Fe (CN) 6 3-, COF 6 3-

Liens

Littérature

• Pauling L. Nature liaison chimique / Voie de l'anglais M. E. Dyatkina. Ed. prof. Ya. K. Syrkina. - m.; L.: Goshimzdat, 1947. - 440 p.
• Paulong L. chimie générale. Par. de l'anglais - M .: MIR, 1974. - 846 p.
• Minkin V. I., Simkin B. Ya., Minyaev R. M. M. La théorie de la structure des molécules. - Rostov-sur-Don: Phoenix, 1997. - P. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7
• Gillepi R. Molécules de géométrie / Trans. de l'anglais E. Z. Vodorin et V. S. Maschukova, éd. Yu. A. Prentin. - M .: MIR, 1975. - 278 p.

voir également

Remarques

Fondation Wikimedia. 2010.

HYbridation de l'orbitale - Nivellement de l'énergie et forme d'orbitale.

L'essence du processus d'hybridation des orbitales atomiques est que l'électron proche du noyau de l'atome connecté est caractérisé par une orbitale atomique non séparée, mais une combinaison d'orbitales atomiques avec le même nombre quantique principal. Une telle combinaison s'appelle une orbitale hybride. L'hybridation n'affecte que des orbitales atomiques plus élevées et fermées engagées dans des électrons.

Les orbitales hybrides ont une forme asymétrique, allongée vers l'atome attaché.

Vue de l'orbital atomique hybride formé par mélange s- et p-orbitales.

Les nuages \u200b\u200bélectroniques sont mutuellement repoussés et sont situés dans l'espace comme distance à distance que possible, ce qui correspond au minimum de l'énergie de la répulsion interélectronique. Dans le même temps, l'axe des quatre orbitales SP 3-hybrides est dirigé vers les sommets du tétraédron (la pyramide triangulaire correcte) et les angles entre ces orbitables sont tétraèdres, égaux à 109 ° 28.

Le type d'hybridation détermine la géométrie de la molécule ou de l'ion.

Types d'hybridation

Les sommets des orbitales électroniques peuvent se chevaucher les uns avec les autres. Le chevauchement des nuages \u200b\u200bélectroniques le long de la ligne passant par des centres d'atome est appelé sigma (ϭ ) - La communication .

Lien covalent formé à côté du côté se chevauchant r-Evubital des atomes de carbone voisins, appelés pi (π. ) - La communication .

Parce que Zone de la région de chevauchement orbital π - La communication est inférieure, la connexion elle-même est moins durable que la communication.

En 1930, la théorie de la théorie de l'éducation de communication covalente et de L. Paulong a été développée en se chevauchant d'orbitales électroniques - la méthode de la Valence Relations. La méthode de cette méthode est la méthode d'hybridation, qui décrit la formation de molécules de substances dues au "mélange" d'origine hybride orbitale ("mélange" pas d'électrons, mais orbital).

Définition

Hybridation - Confusion d'orbitation et d'alignement de la forme et de l'énergie. Ainsi, lors du mélange d'orbites et de p-dansbites, nous obtenons le type d'hybridation de SP, S-et 2 P-orbitals - SP 2, S- et 3 P-Orbitals - SP 3. Il existe d'autres types d'hybridation, par exemple, SP 3 D, SP 3 D 2 et plus complexe.

Détermination du type d'hybridation des molécules avec une liaison covalente

Il est possible de déterminer le type d'hybridation uniquement pour les molécules avec un type de liaison covalent d'AV N, où N est supérieur ou égal à deux, et est un atome central, dans le ligand. Seules les orbitales de la valence de l'atome central entrent une hybridation.

Nous définissons le type d'hybridation sur l'exemple de la molécule Be Beh 2.

Enregistrez à l'origine les configurations électroniques de l'atome central et du ligand, dessinez des formules graphiques électroniques.

Atom Beryllium (Atom central) a donc une orbitale 2P vacante, afin de prendre un électron de chaque atome d'hydrogène (Ligand) pour former une molécule BeH 2, il est nécessaire d'aller à l'état excité:

La formation de molécules Beh 2 se produit en raison de la valorisation des atomes orbitaux de la valence de la valeur du

* Électrons d'hydrogène réduit rouge, noir - béryllium.

Le type d'hybridation est déterminé par lequel les orbitages se chevauchent, SOH, la molécule Be Beh 2 est dans la SP-hybridation.

Outre les molécules de la composition d'AB N, le procédé de valence des liaisons peut déterminer le type d'hybridation des molécules avec plusieurs connexions. Considérons l'exemple de la molécule C 2 H 4. Dans la molécule d'éthylène, une double liaison multiple, qui est formée et des connexions. Pour déterminer l'hybridation, écrire des configurations électroniques et dessiner des formules graphiques électroniques d'atomes inclus dans la molécule:

6 C 2S 2 2S 2 2P 2

Un atome de carbone présente donc une autre orbitale p-orbitale vacante afin de prendre 4 atomes d'hydrogène, il doit aller à l'état excité:

Un p-orbital est nécessaire à la formation de communication (mise en évidence en rouge), car -montain est formée en se chevauchant en orbites "propres" (non libides). Orbitals. Les orbitales restantes de la valence vont à l'hybridation. Ainsi, l'éthylène est dans l'hybridation de SP 2.

Détermination de la structure géométrique des molécules

Structure géométrique des molécules, ainsi que des cations et des anions de la composition d'AV N, à l'aide de la méthode Hillespi. Au cœur de cette méthode - Valence paires d'électrons. Non seulement les électrons impliqués dans la formation de liaisons chimiques, mais également les paires électroniques vulnérables affectent la structure géométrique. Chaque paire d'électrons d'électrons dans la méthode Hillespi est désignée par E, l'atome central - A, Ligand - V.

S'il n'y a pas de variables paires électroniques, la composition de molécules peut être AB 2 (structure linéaire de la molécule), AB 3 (structure d'un triangle plat), AB4 (structure tétrahédrale), AB 5 (structure biiramide trigonale) et AB 6 (structure octaédrique). Des dérivés peuvent être obtenus à partir de structures de base s'il existe une vapeur de vapeur à la place du ligand. Par exemple: AB 3 E (structure pyramidale), AB 2 E 2 (la structure angulaire de la molécule).

Pour déterminer la structure géométrique (structure) de la molécule, il est nécessaire de déterminer la composition de la particule, pour laquelle ils calculent le nombre de paires de fuites vulnérables (ni):

NEP \u003d (nombre total d'électrons de valence - le nombre d'électrons qui ont été sur la formation de communication avec des ligands) / 2

En contact avec H, Cl, BR, I, F, F est due à l'électron 1-E de A, sur la connexion avec O-2 de l'électron et la connexion avec N est de 3 électrons de l'atome central.

Considérez sur l'exemple de la molécule BCL 3. Atom central - B.

5 B 1S 2 2 2 2 2P 1

NEP \u003d (3-3) / 2 \u003d 0, il n'y a donc pas de paires électroniques de vapeur et la molécule a la structure d'AB 3 - un triangle plat.

En détail, la structure géométrique des molécules de composition différente est présentée dans le tableau. une.

Tableau 1. Structure spatiale des molécules

Exemples de résolution de problèmes

Exemple 1.

Dans le processus de détermination de la forme géométrique de la particule de produits chimiques, il est important de prendre en compte les paires d'électrons de valence de l'atome principal, y compris ceux qui ne forment pas de liaisons chimiques sont à une hauteur de l'autre dans l'espace.

Caractéristiques du terme

Compte tenu de la question concernant la liaison chimique covalente, applique souvent quel concept comme hybridation d'orbitales atomiques. Ce terme est associé à l'alignement de la forme et de l'énergie. L'hybridation des orbitales atomiques est associée au processus quantum-chimique de restructuration. Orbital en comparaison avec les atomes initiaux ont une structure différente. L'essence de l'hybridation est que l'électron, qui est situé à côté du noyau de l'atome associé, n'est pas déterminé par une orbitale atomique particulière, mais leur combinaison avec un numéro de quantique égal. Fondamentalement, ce processus concerne des orbitales atomiques plus élevées et fermées avec des électrons.

Spécificité du processus

Les types d'hybridation des atomes dans les molécules dépendent de la manière dont l'orientation de nouvelles orbitales se produit. Par type d'hybridation, vous pouvez déterminer la géométrie de l'ion ou une molécule, supposez les caractéristiques des propriétés chimiques.

Types d'hybridation

Ce type d'hybridation, comme SP, est une structure linéaire, l'angle entre les connexions est de 180 degrés. Un exemple de molécule avec une option d'hybridation similaire est BECL 2.

Le type d'hybridation suivant est SP 2. Les molécules sont caractérisées par une forme triangulaire, l'angle entre les liaisons est de 120 degrés. Un exemple typique d'une telle variante d'hybridation est BCL 3.

Le type d'hybridation SP 3 suggère la structure tétraédrique de la molécule, un exemple typique d'une substance avec une option d'hybridation donnée, la molécule de méthane CH 4. L'angle de la valence dans ce cas est de 109 degrés de 28 minutes.

Dans l'hybridation, les électrons couplés non seulement sont directement impliqués, mais également des paires d'électrons non réalisées.

Hybridation dans la molécule d'eau

Par exemple, deux liaisons polaires covalentes existent dans la molécule d'eau entre l'atome d'oxygène et les atomes. De plus, l'atome d'oxygène elle-même présente deux vapeurs d'électrons externes qui ne participent pas à la création d'une liaison chimique. Ces 4 paires électroniques dans l'espace occupent un certain endroit autour de l'atome d'oxygène. Comme ils possèdent tous les mêmes frais, ils sont repoussés dans l'espace, les nuages \u200b\u200bélectroniques sont de l'autre à une distance substantielle. Le type d'hybridation des atomes dans cette substance consiste à modifier la forme d'orbitales atomiques, de leur tirage et de la construire sur les sommets de tétraèdre. En conséquence, la molécule d'eau achète la forme angulaire entre les liaisons oxygène-hydrogène, l'angle valentité est de 104,5 ° O.

Pour prédire le type d'hybridation, vous pouvez utiliser le mécanisme d'accepteur de donneur pour la formation de liaison chimique. En conséquence, il se chevauche de l'élément orbital libre avec moins d'électronégativité, ainsi que des orbitations d'éléments avec une plus grande négativité électrique, sur laquelle il y a une paire d'électrons. En cours de compilation de la configuration électronique de l'atome, leur degré d'oxydation est pris en compte.

Règles d'identification du type d'hybridation

Afin de déterminer le type d'hybridation de carbone, vous pouvez utiliser certaines règles:

• l'atome central détecte, calculer le nombre de liens σ;
• mettre dans la particule du degré d'oxydation des atomes;
• notez la configuration électronique de l'atome principal dans le degré d'oxydation souhaité;
• constituer le schéma de distribution pour les orbitales Valence Electrons, jumelage des électrons;
• Éliminer les orbitales qui sont directement impliquées dans la formation de communication, trouvent des électrons non appariés (si le nombre d'orbitages de la valence est insuffisant pour l'hybridation, le niveau d'énergie suivant orbital est utilisé).

La géométrie de la molécule est déterminée par le type d'hybridation. Cela n'affecte pas la présence de raccords PI. Dans le cas de la liaison supplémentaire, il est possible de modifier l'angle de la valence, la raison consiste en une répulsion mutuelle d'électrons formant une communication multiple. Ainsi, dans la molécule d'oxyde d'azote (4), avec une hybridation SP 2, une augmentation de l'angle de la valence de 120 degrés à 134 degrés se produit.

Hybridation dans la molécule d'ammoniac

La paire d'électrons non traitée affecte l'indicateur résultant du moment dipolaire de toute la molécule. En ammoniac, une structure tétraédrique avec une paire d'électrons indivis. La communication ionique d'azote-hydrogène et de fluorine d'azote a des indicateurs 15 et 19%, les longueurs sont définies dans 101 et 137 heures, respectivement. Ainsi, dans la molécule de fluorure d'azote, il doit y avoir un moment de dipolaire plus grand, mais les résultats de l'expérience indiquent le contraire.

Hybridation en composés organiques

Pour chaque classe d'hydrocarbures, son type d'hybridation est caractéristique. Ainsi, dans la formation des molécules de classe d'alcanov (hydrocarbures limitant), les quatre électropoteurs d'orbitale hybride de l'atome de carbone. À leurs chevauchements, 4 nuages \u200b\u200bhybrides sont formés, rattrapés jusqu'au sommet du tétraèdre. Ensuite, leurs pics chevauchent avec un hydrogène orbital S-orbital non libide, formant une connexion simple. Pour les hydrocarbures saturés, SP 3-hybridation est caractéristique.

Dans des alcènes insaturés (leur représentant typique est l'éthylène), seules trois orbitales électroniques sont impliquées dans l'hybridation - S et 2 P, trois orbitales hybrides forment une forme triangulaire dans l'espace. Des orbitaux p-orbitals non hybrides se chevauchent, créant une communication multiple dans la molécule. Cette classe d'hydrocarbures organiques est caractérisée par l'état SP 2-hybride d'un atome de carbone.

Les alkins diffèrent de la classe précédente d'hydrocarbures en ce sens que seuls deux types d'orbitales sont impliqués dans le processus d'hybridation: s et p. Les deux électrons p-électrons non présumés restant dans chaque atome de carbone se chevauchent dans deux directions, formant deux liaisons multiples. Cette classe d'hydrocarbures est caractérisée par un état hybride SP d'un atome de carbone.

Conclusion

En raison de la détermination du type d'hybridation dans la molécule, la structure de divers inorganiques et substances biologiques, Possible de prédire propriétés chimiques Substance spécifique.