Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Химия / Конспекты / Методическаяч разработка для самостоятельной работы по теме "Типы гибридизации"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Химия

Методическаяч разработка для самостоятельной работы по теме "Типы гибридизации"

библиотека
материалов

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ

«КУПИНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ТЕХНИКУМ»











МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

«Типы гибридизации атома углерода»

для самостоятельной работы студентов

по дисциплине Химия

Раздел: Органическая химия

Тема: Предмет органической химии.

Теория строения органических соединений

Специальность: 34.02.01 «Сестринское дело» 1 курс

























Купино

2015 учебный год

Рассмотрена на заседании

предметно - цикловой методической комиссии по

общеобразовательным дисциплинам, общему гуманитарному и

социально – экономическому, математическому

и естественнонаучному циклу

Протокол от 2015 г.

Председатель ______________ /__________________/

























Автор - составитель: преподаватель химии высшей категории

Веде Ирина Викторовна


















Пояснительная записка к методическому пособию


Методическое пособие предназначено для углубленного изучения темы «Типы гибридизации атома углерода».

Практика показывает, что многие обучающиеся затрудняются при определении типов гибридизации атомов углерода и видов химической связи при изучении органических соединений.

Цель пособия – помочь обучающимся научиться определять типы гибридизации атомов углерода и виды химической связи в органических соединениях.
     
Данное пособие рекомендовано для студентов 1 курса специальности 34.02.01 Сестринское дело. Пособие содержит теоретический материал по теме, таблицы для систематизации знаний, упражнения для самостоятельной работы и развернутые ответы по каждому из заданий.

      Пособие направлено на формирование навыков самостоятельной работы с учебным материалом, осуществления поиска и использования информации, формирование и развитие творческого потенциала, повышение интереса к дисциплине.


 





































Я всегда готов учиться,

но мне не всегда нравится,

когда меня учат

У. Черчилль


Типы гибридизации атома углерода

Электронное строение атома углерода в основном состоянии 1s22s22, на р-орбиталях 2-го уровня находятся два неспаренных элекетрона. Это позволяет атому углерода образовать по обменному механизму только две ковалентные связи. Однако во всех органических соединениях углерод образует четыре ковалентные связи, что становится возможным в результате гибридизации атомных орбиталей.

Гибридизация - это взаимодействие атомных орбиталей с близкими значениями энергии, сопровождающееся образованием новых 'гибридных' орбиталей.

Гибридизация - процесс, требующий затрат энергии, но эти затраты с избытком компенсируются за счет энергии, выделяющейся при образовании большего числа ковалентных связей. образующиеся 'гибридные' орбитали имеют форму ассимметричной гантели и резко отличаются от исходных орбиталей атома углерода.

Для атома углерода возможно три типа гибридизации: 3-гибридизация - взаимодействующие орбитали показаны синими стрелками:

hello_html_m5f7b296b.jpg







2-гибридизация:

hello_html_355bf689.jpg

sр-гибридизация:

hello_html_m562eb6a3.jpg

Гибридные орбитали атома углерода способны участвовать в образовании только hello_html_m502a0222.jpg-связей, незатронутые гибридизацией р-орбитали образуют только hello_html_m6ec8f80b.jpg-связи. Именно этой особенностью определяется пространственное строение молекул органических веществ.



Гибридизация
атомных орбиталей углерода

Ковалентная химическая связь образуется при помощи общих связывающих электронных пар по типу:

hello_html_m6d3f20f8.png

Образовывать химическую связь, т.е. создавать общую электронную пару с «чужим» электроном от другого атома, могут только неспаренные электроны. Неспаренные электроны при записи электронных формул находятся по одному в клетке-орбитали.
Атомная орбиталь – это функция, которая описывает плотность электронного облака в каждой точке пространства вокруг ядра атома. Электронное облако – это область пространства, в которой с высокой вероятностью может быть обнаружен электрон.
Для согласования электронного строения атома углерода и валентности этого элемента пользуются представлениями о возбуждении атома углерода. В нормальном (невозбужденном) состоянии атом углерода имеет два неспаренных 2р2-электрона. В возбужденном состоянии (при поглощении энергии) один из 2s2-электронов может переходить на свободную р-орбиталь. Тогда в атоме углерода появляется четыре неспаренных электрона:

hello_html_508712d1.png

Напомним, что в электронной формуле атома (например, для углерода 6С – 1s22s22p2) большие цифры перед буквами – 1, 2 – обозначают номер энергетического уровня. Буквы s и р указывают форму электронного облака (орбитали), а цифры справа над буквами говорят о числе электронов на данной орбитали. Все s-орбитали сферические:

hello_html_70f354a2.jpg

На втором энергетическом уровне кроме 2s-орбитали имеются три 2р-орбитали. Эти 2р-орбитали имеют эллипсоидную форму, похожую на гантели, и ориентированы в пространстве под углом 90° друг к другу. 2р-Орбитали обозначают 2рх, 2рy и 2рz в соответствии с осями, вдоль которых эти орбитали расположены.

hello_html_5aaf7435.jpg

Форма и ориентация
р-электронных орбиталей

При образовании химических связей электронные орбитали приобретают одинаковую форму. Так, в предельных углеводородах смешиваются одна s-орбиталь и три р-орбитали атома углерода с образованием четырех одинаковых (гибридных) 3-орбиталей:

hello_html_md47770b.jpg

Это – 3-гибридизация.
Гибридизация – выравнивание (смешивание) атомных орбиталей (s и р) с образованием новых атомных орбиталей, называемых гибридными орбиталями.

hello_html_m1dc709ac.jpg

Четыре sp3-гибридные орбитали
атома углерода

Гибридные орбитали имеют асимметричную форму, вытянутую в сторону присоединяемого атома. Электронные облака взаимно отталкиваются и располагаются в пространстве максимально далеко друг от друга. При этом оси четырех 3-гибридных орбиталей оказываются направленными к вершинам тетраэдра (правильной треугольной пирамиды).
Соответственно углы между этими орбиталями – тетраэдрические, равные 109°28'.
Вершины электронных орбиталей могут перекрываться с орбиталями других атомов. Если электронные облака перекрываются по линии, соединяющий центры атомов, то такую ковалентную связь называют сигма(hello_html_m7448eb7f.png)-связью. Например, в молекуле этана С2Н6 химическая связь образуется между двумя атомами углерода перекрыванием двух гибридных орбиталей. Это hello_html_m7448eb7f.png-связь. Кроме того, каждый из атомов углерода своими тремя 3-орбиталями перекрывается с s-орбиталями трех атомов водорода, образуя три hello_html_m7448eb7f.png-связи.

hello_html_m33eab7c.jpg

Схема перекрывания электронных облаков
в молекуле этана

Всего для атома углерода возможны три валентных состояния с различным типом гибридизации. Кроме 3-гибридизации существует 2- и -гибридизация.
2-Гибридизация – смешивание одной s- и двух р-орбиталей. В результате образуются три гибридные 2-орбитали. Эти 2-орбитали расположены в одной плоскости (с осями ху) и направлены к вершинам треугольника с углом между орбиталями 120°. Негибридизованная
р-орбиталь перпендикулярна к плоскости трех гибридных 2-орбиталей (ориентирована вдоль оси z). Верхняя половина р-орбитали находится над плоскостью, нижняя половина – под плоскостью.
Тип 2-гибридизации углерода бывает у соединений с двойной связью: С=С, С=О, С=N. Причем только одна из связей между двумя атомами (например, С=С) может быть hello_html_m7448eb7f.png-связью. (Другие связывающие орбитали атома направлены в противоположные стороны.) Вторая связь образуется в результате перекрывания негибридных р-орбиталей по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов.

hello_html_m7272b20d.jpg

Орбитали (три sp2 и одна р)
атома углерода в sp2-гибридизации

Ковалентная связь, образующаяся путем бокового перекрывания р-орбиталей соседних углеродных атомов, называется пи(hello_html_7b77917d.png)-связью.

hello_html_m38e4362c.jpg

Образование
hello_html_7b77917d.png-связи

Из-за меньшего перекрывании орбиталей hello_html_7b77917d.png-связь менее прочная, чем hello_html_m7448eb7f.png-связь.
-Гибридизация – это смешивание (выравнивание по форме и энергии) одной s- и одной
р-орбиталей с образованием двух гибридных -орбиталей. -Орбитали расположены на одной линии (под углом 180°) и направлены в противоположные стороны от ядра атома углерода. Две
р-орбитали остаются негибридизованными. Они размещены взаимно перпендикулярно
направлениям hello_html_m7448eb7f.png-связей. На рисунке -орбитали показаны вдоль оси y, а негибридизованные две
р-орбитали– вдоль осей х и z.

hello_html_c9098bf.jpg

Атомные орбитали (две sp и две р)
углерода в состоянии sp-гибридизации

Тройная углерод-углеродная связь Сhello_html_m6350b166.pngС состоит из hello_html_m7448eb7f.png-связи, возникающей при перекрывании
sp-гибридных орбиталей, и двух hello_html_7b77917d.png-связей.
Взаимосвязь таких параметров атома углерода, как число присоединенных групп, тип гибридизации и типы образуемых химических связей, показана в таблице 4.







Ковалентные связи углерода

Число групп,
связанных
с углеродом

Тип
гибридизации

Типы
участвующих
химических связей

Примеры формул соединений

4

sp3

Четыре hello_html_m7448eb7f.png- связи

hello_html_m5a2431b3.jpg

3

sp2

Три hello_html_m7448eb7f.png - связи и
одна hello_html_7b77917d.png- связь

hello_html_m418e9aed.jpg

2

sp

Две hello_html_m7448eb7f.png - связи
и две hello_html_7b77917d.png-связи

H–Chello_html_m6350b166.pngC–H



































Упражнения.

1. Какие электроны атомов (например, углерода или азота) называют неспаренными?

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

2. Что означает понятие «общие электронные пары» в соединениях с ковалентной связью (например, СН4 или Н2S)?

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

3. Какие электронные состояния атомов (например, С или N) называют основными, а какие возбужденными?

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

4. Что означают цифры и буквы в электронной формуле атома (например, С или N)?

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

5. Что такое атомная орбиталь? Сколько орбиталей на втором энергетическом уровне атома Си чем они различаются?

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

6. В чем отличие гибридных орбиталей от исходных орбиталей, из которых они образовались?

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

7. Какие типы гибридизации известны для атома углерода и в чем они заключаются?

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

8. Нарисуйте картинку пространственного расположения орбиталей для одного из электронных состояний атома углерода.

 

9. Какие химические связи называют hello_html_m7448eb7f.png и какие hello_html_7b77917d.png? Укажите hello_html_m7448eb7f.png- и hello_html_7b77917d.png-связи в соединениях:

hello_html_m21c44572.jpg

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

10. Для атомов углерода приведенных ниже соединений укажите: а) тип гибридизации; б) типы его химических связей; в) валентные углы.

hello_html_3fa790f0.jpg

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

hello_html_m5545a809.gif

















Ответы на упражнения

1. Электроны, которые находятся по одному на орбитали, называют неспаренными электронами. Например, в электронографической формуле возбужденного атома углерода – четыре неспаренных электрона, а у атома азота – три:

hello_html_39d6cea7.jpg

2. Два электрона, участвующие в образовании одной химической связи, называют общей электронной парой. Обычно до образования химической связи один из электронов этой пары принадлежал одному атому, а другой электрон – другому атому:

hello_html_m36e61e16.jpg

3. Электронное состояние атома, в котором соблюдается порядок заполнения электронных орбиталей: 1s2, 2s2, 2p2, 3s2, 3p2, 4s2, 3d2, 4p2 и т.д., называют основным состоянием. Ввозбужденном состоянии один из валентных электронов атома занимает свободную орбиталь с более высокой энергией, такой переход сопровождается разъединением спаренных электронов. Схематически это записывают так:

hello_html_3f195cd.jpg

Тогда как в основном состоянии было только два валентных неспаренных электрона, то в возбужденном состоянии таких электронов становится четыре.

5. Атомная орбиталь – это функция, которая описывает плотность электронного облака в каждой точке пространства вокруг ядра данного атома. На втором энергетическом уровне атома углерода четыре орбитали – 2s, 2рx, 2рy, 2рz. Эти орбитали различаются:
а) формой электронного облака (s – шар, р – гантель);
б) р-орбитали имеют разную ориентацию в пространстве – вдоль взаимно перпендикулярных осей x, y и z, их обозначают рx, рy, рz.

6. Гибридные орбитали отличаются от исходных (негибридных) орбиталей формой и энергией. Например, s-орбиталь – форма сферы, р – симметричная восьмерка, sp-гибридная орбиталь – асимметричная восьмерка.
Различия по энергии: E(s) < E(sр) < E(р). Таким образом, sp-орбиталь – усредненная по форме и энергии орбиталь, полученная смешиванием исходных s- и p-орбиталей.

7. Для атома углерода известны три типа гибридизации: sp3, sp2 и sp (см. текст урока 5).

9. hello_html_m7448eb7f.png-связь – ковалентная связь, образующаяся путем лобового перекрывания орбиталей по линии, соединяющей центры атомов.
hello_html_7b77917d.png-связь – ковалентная связь, образующаяся путем бокового перекрывания р-орбиталей по обе стороны от линии, соединяющей центры атомов.
hello_html_7b77917d.png-Связи показывают второй и третьей черточкой между соединенными атомами.

hello_html_2cd2309f.jpg

10.

hello_html_m4a922d79.jpg






Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Автор
Дата добавления 22.09.2015
Раздел Химия
Подраздел Конспекты
Просмотров2146
Номер материала ДВ-002451
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх