Гибридизация
Изучение пространственного строения молекул начинается с понимания механизма образования связей. Говорить о гибридизации принято сразу после рассмотрения ковалентной связи. Она обладает следующими свойствами: длиной, энергией насыщаемостью и направленностью. В рамках этой статьи нас будут интересовать два последних.
Насыщаемость – это способность атомов образовывать ограниченное число связей.
Направленность – ковалентная связь обуславливает пространственную структуру молекулы. Угол между связями — валентный угол — зависит от числа атомных орбиталей данного атома, принимающих участие в образовании σ-связей.
При образовании ковалентно неполярной связи атомы переходят в активное состояние, тогда увеличивается подвижность электронов. Это приводит к перераспределению электронов между атомами. В связи с чем перераспределяются и орбитали, на которых находились валентные электроны. Это есть процесс гибридизации.
Кем был открыт?
Объяснил факт равенства энергии электронов и формы орбиталей Лайнус Полинг, в 1931г.
Гибридизация – процесс перестройки неравноценных по форме и энергии электронных облаков, ведущих к образованию одинаковых по тем же параметрам гибридных облаков.
Так, например, s и p орбитали образуют три sp sp2 sp3 гибридных облака.
Гибридизацию способны образовывать только сигма связи
Гибридизация в неорганике
sp – гибридизация
Если в образовании химической связи в молекуле участвуют один s электрон и один p электрон, то происходит sp – гибридизация
Рассмотрим механизм образования гибридизации наглядно. Для этого нужно вспомнить электронную конфигурацию атома. В данном случае атома Be (бериллий) и Cl (хлор)

Перевод 2s-электрон на 2p-орбиталь, т.е. переход атома в возбужденное состояние, требует затраты энергии, которая c избытком компенсируется в реакции за счет образования двух связей. В возбужденном состоянии бериллий присоединяет два атома хлора.

Таким образом, в образовании химической связи в молекуле BeCl2 участвуют один s- и один p-электрон центрального атома, т.е. бериллия. В этом случае происходит sp – гибридизация.
sp2— гибридизация

В молекуле BF3, атом бора в возбужденном состоянии имеет один электрон на s-подуровне и два на p-подуровне, они формируют три гибридных орбитали. Молекула формирует плоскую треугольную структуру, где в центре расположен атом бора и три атома фтора по вершинам. Это приводит к образованию sp2— гибридизация.

sp3— гибридизация

При образовании молекулы аммиака у атома азота подверглись гибридизации орбитали двух s- трех p- электронов. Электроны на s-орбитали являются неподеленными, но они так же как и метана образуют четыре одинаковых гибридных орбитали. Неподеленная пара электронов приводит к отталкиванию. Молекула имеет тетраэдрическое строение. Так формируется sp3— гибридизация.

Теперь сведем ключевые моменты по гибридизации в формат таблицы, с примерами.
Форма орбиталей | Геометрическое строение | Тип гибридизации | Форма молекулы | Исходныеорбитали | Примеры |
![]() | ![]() | sp | Линейная | s+p | Металлы 2 группы (BeCl2,MgF2)CO2 |
![]() | ![]() | sp2 | Плоский равносторонний треугольник | s+p+p | металлы 3 группы (AlCl3)SO3, CO2-3,NO—3, |
![]() | ![]() | sp3 | Тетраэдрическая | s+p+p+p | CH4, NH3, H2O, SiH4 |
Гибридизация в органике
sp – гибридизация
Представим молекулу ацетилена, в которой есть тройная связь. Каждый атом углерода имеет по две сигма связи, они формируются за счет одного s- и p-электрона, две оставшиеся p-орбитали формируют два p гибридных облака, которые перекрываются параллельно. Из-за параллельного перекрытия они имеют меньшую силу связи и, называются, π связями.


sp2— гибридизация
Теперь нам нужно молекула с двойной связью, возьмем этилен. В молекуле этилена три сигма связи и одна π-связь. Которая так же расположена перпендикулярно сигма связям и имеют меньшую силу, поэтому может быть легче разорвана. Теперь гибридизацию обеспечивают один s- и два p-электрона. Таким образом формируется sp2— гибридизация


sp3— гибридизация

При образовании молекулы метана у атома углерода подверглись гибридизации орбитали одного s- и трех p- электронов и получились четыре одинаковые гибридные орбитали. Молекула имеет тетраэдрическое строение. Атом углерода располагается в центре, по вершинам расположены атомы водорода. Так формируется sp3— гибридизация.

Форма орбиталей | Геометрическое строение | Тип гибридизации | Форма молекулы | Исходныеорбитали | Примеры |
![]() | ![]() | sp | Линейная | Тройная связь / две сигма связи | Алкины(Ацетилен) |
![]() | ![]() | sp2 | Плоский равносторонний треугольник | Двойная связь / три сигма связи | Алкены (пропен), карбоновые кислоты, кетоны.бензол |
![]() | ![]() | sp3 | Тетраэдрическая | Одинарная связь / четыре сигма связи | Алканы (пропан), спирты |


Как и в случае образования метана, при образовании молекул воды и аммиака происходит sp3— гибридизация атомных орбиталей атомов кислорода и азота. Но у атома углерода все четыре sp3-орбитали заняты связывающими электронными парами, тогда как у атома азота одна sp3-орбиталь из четырех занята неподеленной электронной парой, а у атома кислорода ими заняты две sp3-орбитали. В связи с этим происходит изменение валентного угла.
У атома азота – 107.30С, у кислорода — 104,50С
Примеры из ЕНТ
- При какой химической связи происходит процесс гибридизации?
- металлическая связь
- ионная связь
- ковалентная связь
- водородная связь
Ответ: Ковалентная связь, так как она имеет свойства насыщаемости и направленности, что важно в процессе гибридизации, ведь количество связей ограничено и они имеют стойкое геометрическое строение.
- В структуре графита атомы углерода находятся в состоянии
- sp2 d3-гибридизации
- sp3 d1-гибридизации
- sp3— гибридизации
- sp-гибридизации
- зр2-гибридизации
Ответ: Атомы углерода в кристаллической структуре графита связаны между собой прочными ковалентными связями (sp2- гибридизация) и формируют шестиугольные кольца, образующие, в свою очередь, прочную и стабильную сетку, похожую на пчелиные соты.

- В структуре алмаза атомы углерода находятся в состоянии
- sp2 d3-гибридизации
- sp3 d1-гибридизации
- sp3— гибридизации
- sp-гибридизации
- зр2-гибридизации
Ответ: Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Соседние атомы связаны между собой ковалентными связями (sp3-гибридизация).

- Из предложенного перечня выберите два типа гибридизации атомов углерода, которые имеются в молекуле уксусной кислоты.
- sp2
- sp3 d2
- sp3
- sp
- sp3 d1
Ответ: В молекуле уксусной кислоты есть первый атом углерода, который имеет четыре сигма связи (σ), в связи с чем и имеет гибридизацию sp3. Второй атом углерода имеет три сигма связи (σ) и, следовательно имеет sp2 гибридизацию.
- Пирамидальное строение имеют:
- СО2 и BF3
- NH3 и PH3
- NH3 и BF3
- H3O и СО2
Ответ: b. Азот и фосфор находятся в 5 группе периодической таблицы и имеют sp3 гибридизацию, следовательно имеют тетраэдрическое строение.