Что такое гибридизация орбиталей? С помощью схемы электронной структуры атомов определить и доказать виды гибридизации орбиталей у атомов в соединениях: CCl4 , BCl3 ,SO2 SO3 (Решение → 2779)

Заказ №38813

Что такое гибридизация орбиталей? С помощью схемы электронной структуры атомов определить и доказать виды гибридизации орбиталей у атомов в соединениях: CCl4 , BCl3 ,SO2 SO3

Решение:

Для объяснения строения таких молекул, как ВеС12, BCl3 и CCl4, Полинг и Слейтер (США) ввели представление о гибридизации атомных орбиталей. Они предложили заменить несколько атомных орбиталей, не очень сильно отличающихся своей энергией, таким же числом равноценных орбиталей, называемых гибридными. Эти гибридные орбитали составляются из атомных в результате их линейной комбинации. Согласно Л. Полингу при образовании химических связей атомом, имеющим электроны различного типа в одном слое и, следовательно, не очень сильно отличающиеся своей энергией (например, s и p) возможно изменение конфигурации орбиталей различных типов, при которой происходит их выравнивание по форме и энергии. В результате образуются гибридные орбитали, имеющие асимметричную форму и сильно вытянутые по одну сторону от ядра. Важно подчеркнуть, что модель гибридизации используется в том случае, когда в образовании связей участвуют электроны различного типа, например s и р. Рис. 1.1. Схема образования σ -связей в молекуле σ-связью называют связь, образованную в результате перекрывания электронных орбиталей по линии, соединяющей ядра атомов (рис.1.1). Рис. 1.2. Схема образования σ- и π-связей в молекуле ацетилена. π-связь – это ковалентная химическая связь, образованная в результате увеличения электронной плотности по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов. Каждый атом углерода в молекуле ацетилена содержит еще по два р-электрона, которые не принимают участия в образовании σ-связей. Электронные облака этих электронов располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях и, перекрываясь друг с другом, образуют еще две π-связи между атомами углерода за счет бокового перекрывания негибридных р–облаков (рис. 1.2). Таким образом, в молекуле ацетилена между атомами углерода образуется тройная связь, которая состоит из одной σ- связи и двух π-связей; σ-связи являются более прочными, чем π - связи. Для установления типа гибридизации, а, следовательно, и структуры молекул необходимо использовать следующие правила. 1. Тип гибридизации центрального атома, не содержащего неподеленных электронных пар, определяется числом сигма связей. Если таких связей две имеет место sp-гибридизация, три - sp2 -гибридизация, четыре - sp3 - гибридизация. Неподеленные электронные пары (в отсутствии связей, образованных по донорноакцепторному механизму) отсутствуют в молекулах, образованных атомами бериллия, бора, углерода, кремния, т.е. у элементов главных подгрупп II - IV групп. 2. Если центральный атом содержит неподеленные электронные пары, то число гибридных орбиталей и тип гибридизации определяются суммой числа сигма - связей и числа неподеленных электронных пар. Гибридизация с участием неподеленных электронных пар имеет место в молекулах, образованных атомами азота, фосфора, кислорода, серы, т.е. элементов главных подгрупп V и VI групп. 3. Геометрическая форма молекул определяется типом гибридизации центрального атома (табл.). Представления о гибридизации атомных орбиталей лежат в основе теории отталкивания электронных пар Гиллеспи-Найхолма. Каждому типу гибридизации соответствует строго определённая пространственная ориентация гибридных орбиталей центрального атома, что позволяет её использовать как основу стереохимических представлений в неорганической химии. Виды гибридизации sp-гибридизация Происходит при смешивании одной s- и одной p-орбиталей. Образуются две равноценные sp-атомные орбитали, расположенные линейно под углом 180 градусов и направленные в разные стороны от ядра центрального атома. Две оставшиеся негибридные p-орбитали располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях и участвуют в образовании π-связей, либо занимаются неподелёнными парами электронов. sp2 -гибридизация Происходит при смешивании одной s- и двух p-орбиталей. Образуются три гибридные орбитали с осями, расположенными в одной плоскости и направленными к вершинам треугольника под углом 120 градусов. Негибридная p-атомная орбиталь перпендикулярна плоскости и, как правило, участвует в образовании π-связей sp3 -гибридизация Происходит при смешивании одной s- и трех p-орбиталей, образуя четыре равноценные по форме и энергии sp3-гибридные орбитали. Могут образовывать четыре σсвязи с другими атомами или заполняться неподеленными парами электронов. Оси sp3 -гибридных орбиталей направлены к вершинам правильного тетраэдра. Тетраэдрический угол между ними равен 109°28', что соответствует наименьшей энергии отталкивания электронов. Также sp3 -орбитали могут образовывать четыре σ-связи с другими атомами или заполняться неподеленными парами электронов. Такое состояние характерно для атомов углерода в насыщенных углеводородах и соответственно в алкильных радикалах и их производных. В таблице приведены примеры соответствия наиболее распространённых типов гибридизации и геометрической структуры молекул в предположении, что все гибридные орбитали участвуют в образовании химических связей.