fbpx
Предметы

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 орбиталейГеометрическое строениеТип гибридизацииФорма молекулыИсходныеорбиталиПримеры
spЛинейнаяs+pМеталлы 2 группы (BeCl2,MgF2)CO2
sp2Плоский равносторонний треугольникs+p+pметаллы 3 группы (AlCl3)SO3, CO2-3,NO3,
sp3Тетраэдрическаяs+p+p+pCH4, 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 орбиталейГеометрическое строениеТип гибридизацииФорма молекулыИсходныеорбиталиПримеры
spЛинейнаяТройная связь / две сигма связиАлкины(Ацетилен)
sp2Плоский равносторонний треугольникДвойная связь /  три сигма связиАлкены (пропен), карбоновые кислоты, кетоны.бензол
sp3ТетраэдрическаяОдинарная связь /  четыре сигма связиАлканы (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

  1. При какой химической связи происходит процесс гибридизации?
  1. металлическая связь
  2. ионная связь
  3. ковалентная связь
  4. 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.

  1. В структуре графита атомы углерода находятся в состоянии
  1. sp2 d3-гибридизации
  2. spd1-гибридизации
  3. sp3— гибридизации
  4. sp-гибридизации
  5. 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.

  1. В структуре алмаза атомы углерода находятся в состоянии
  1. sp2 d3-гибридизации
  2. spd1-гибридизации
  3. sp3— гибридизации
  4. sp-гибридизации
  5. 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).

  1. Из предложенного перечня выберите два типа гибридизации атомов углерода, которые имеются в молекуле уксусной кислоты.
  1. sp2
  2. spd2
  3. sp3
  4. sp
  5. spd1

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. 

  1. Пирамидальное строение имеют:
  1. СО2 и BF3
  2. NH3 и PH3
  3. NH3 и BF3
  4. H3O и СО2

Ответ: b. Азот и фосфор находятся в 5 группе периодической таблицы и имеют sp3 гибридизацию, следовательно имеют тетраэдрическое строение.

Понравилась статья? Оцени:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 5,00/5 (1 голосов)
Загрузка...
Полезный материал? Поделись им со своими друзьями, пусть они тоже почитают
Я нашёл ошибку Если вы обнаружили ошибку, свяжитесь с нами с помощью короткой формы обратной связи
О чем эта статья: