Гибридизация в молекудах неорганических
веществ.
Для начала вспомним, что гибридизация орбиталей
— процесс смешения разных (s, p, d, f) орбиталей центрального атома
многоатомной молекулы с возникновением одинаковых орбиталей.
Сущность гибридизации валентных атомных
орбиталей была предложена американским химиком Лайнусом Полингом в 1931 г. ,
отвечая на вопрос, почему при наличии у центрального атома разных (s, p, d)
валентных орбиталей, образованные им связи в многоатомных молекулах с
одинаковы-ми структурами оказываются эквивалентными по своим энергетическим и
пространственным характеристикам.
В 1954 году Нобелевский комитет удостоил
Л.Полинга премии по химии «За изучение природы химической связи и его
применение к объяснению строения сложных молекул». В 1958 году Л. Полинг развил
теорию изогнутой химической связи, учитывающую кулоновское отталкивание
электронов. По этой теории двойная связь описывалась как комбинация двух
изогнутых химических связей, а тройная связь как комбинация трёх изогнутых
химических связей.
Этот принцип нашёл отражение в теории
отталкивания электронных пар Гиллеспи — Найхолма, первое и наиболее
важное 1 правило которое формулировалось следующим
образом: «Электронные пары принимают такое расположение на валентной
оболочке атома, при котором они максимально удалены друг от друга, т.е
электронные пары ведут себя так, как если бы они взаимно отталкивались». 2
правило состояло в том, что «все электронные пары, входящие в
валентную электронную оболочку, считаются расположенными на одинаковом
расстоянии от ядра.
Каждому типу гибридизации соответствует
строго определённая пространст-венная ориентация гибридных орбиталей
центрального атома, что позволяет её использовать как основу стереохимических
представлений в неорганической химии.
1 из 2
Рассматривая процесс образования
ковалентной химической связи, часто применяют понятие: гибридизация атомных
орбиталей. Гибридизация атом-ных орбиталей связана с квантово-химическим
процессом перестрой-ки. Орбитали в сравнении с исходными атомами имеют
иное строение. Суть гибридизации заключается в том, что тот электрон,
который располагается рядом с ядром связанного атома, определяется не
конкретной атомной орбиталью, а их совокупностью.
Как видно из таблицы выше, такой тип
гибридизации, как SP, представляет собой линейную структуру, угол
между связями составляет 180 градусов. Примером молекулы с подобным вариантом
гибридизации является BeCl2.
Такой же тип гибридизации в соединениях:
C2H2, ZnCl2, BeH2, CO2 (O=C=O), NO2+ (O=N+=O).
Следующий тип гибридизации – SP2.
Молекулы характеризуются треугольной формой, угол между связями составляет 120
градусов. Типичным примером такого варианта гибридизации является BCl3.
1 из 4
Такой же тип гибридизации в соединениях:
BH3, BF3, C2H4, AlCl3, некоторые органические соединения, NO3—, CO3 2-.
Тип гибридизации SP3 предполагает
тетраэдрическое строение молекулы, типичным примером вещества с данным
вариантом гибридизации является молекула метана CH4. Валентный угол в таком
случае составляет 109 градусов 28 минут.
SP3 — гибридизация проявляется и в ионах:
NH4+, SO4 2-, PO4 3-, BF4-, ClO4—, и, в соли SnCL4.
1 из 3
В гибридизации принимают непосредственное
участие не только парные электроны, но и неразделенные пары электронов.
К примеру, в молекуле воды между атомом
кислорода и атомами водорода существуют две ковалентные полярные связи. Кроме
того, сам атом кислорода обладает двумя парами внешних электронов, которые не
принимают участия в создании химической связи. Эти 4 электронные пары в пространстве
занимают определенное место вокруг кислородного атома. Так как все они обладают
одинаковым зарядом, в пространстве они отталкиваются, электронные облака
находятся друг от друга на существенном расстоянии.
Тип гибридизации атомов в данном веществе
предполагает изменение формы атомных орбиталей, происходит их вытягивание и
выстраивание к вершинам тетраэдра. В результате молекула воды приобретает
угловую форму, между связями кислород-водород валентный угол составляет 104,5
Для того чтобы определить тип гибридизации
углерода, можно использовать определённые правила:
— выявляют центральный атом, вычисляют
количество σ-связей;
— ставят в частице степени окисления
атомов;
— записывают электронную конфигурацию
главного атома в требуемой степени окисления;
— составляют схему распределения по
орбиталям валентных электронов, спаривая электроны;
— выделяют орбитали, которые принимают
непосредственно участие в образовании связи, находят неспаренные электроны (при
недостаточном для гибридизации количестве валентных орбиталей применяют
орбитали следующего энергетического уровня).
Рассмотрим гибридизацию в молекуле
аммиака. Неразделенная пара электронов оказывает влияние на результирующий
показатель дипольного момента всей молекулы.
Атом азота имеет электронную конфигурацию
1s22s22p3 и способен к гибридизации. В валентно-возбуждённом состоянии
происходит переход 2s электрона в 2р ячейку с образованием свободной пары
электронов.(1s22s2p4). Три sp3- орбитали используются для связи с водородом. На
4-й гибридизи-рованной орбитали атома N находится неподеленная пара
электронов.Эта электронная пара отталкивает sp3- гибридные орбитали, и они
стремятся принять тетраэдрическую направленность с углом Н-N-H, равным 107º30'.
В азотной кислоте мы можем проследить SP3
— гибоидизацию:
У атома азота имеется 3 неспаренных
р-электрона на внешнем слое, за счет которых он образует с атомами кислорода 3
— сигма связи. За счет неподеленной пары образуется 4 ковалентная связь.
Возможна гибридизация атомных орбиталей,
затрагивающая и d-орбиталь:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.