در مرحله تعیین شکل هندسیذرات شیمیایی، مهم است که در نظر بگیریم که جفت الکترون های ظرفیت اتم اصلی، از جمله آنهایی که پیوند شیمیایی تشکیل نمی دهند، در فاصله زیادجدا در فضا

ویژگی های اصطلاح

با توجه به موضوع پیوندهای شیمیایی کووالانسی، اغلب از چه مفهومی به عنوان هیبریداسیون اوربیتال های اتمی استفاده می کنند. این اصطلاح مربوط به همسویی فرم و انرژی است. هیبریداسیون اوربیتال های اتمی با فرآیند کوانتومی-شیمیایی بازآرایی مرتبط است. اوربیتال ها در مقایسه با اتم های اولیه ساختار متفاوتی دارند. ماهیت هیبریداسیون در این واقعیت نهفته است که الکترونی که در کنار هسته یک اتم محدود قرار دارد نه توسط یک اوربیتال اتمی خاص، بلکه با ترکیب آنها با یک عدد کوانتومی اصلی مساوی تعیین می شود. اساساً، این فرآیند مربوط به اوربیتال‌های اتمی با انرژی بالاتر و نزدیک است که الکترون دارند.

مشخصات فرآیند

انواع هیبریداسیون اتم ها در مولکول ها به نحوه جهت گیری اوربیتال های جدید بستگی دارد. با نوع هیبریداسیون، می توان هندسه یک یون یا یک مولکول را تعیین کرد و ویژگی های خواص شیمیایی را پیشنهاد کرد.

انواع هیبریداسیون

این نوع هیبریداسیون، مانند sp، ساختاری خطی است، زاویه بین پیوندها 180 درجه است. نمونه ای از یک مولکول با این گزینه هیبریداسیون BeCl 2 است.

نوع بعدی هیبریداسیون sp 2 است. مولکول ها مثلثی شکل هستند و زاویه پیوند آن 120 درجه است. یک نمونه معمولی از این گزینه هیبریداسیون BCl 3 است.

نوع هیبریداسیون sp 3 ساختار چهار وجهی مولکول را در نظر می گیرد؛ یک مثال معمولی از یک ماده با این نوع هیبریداسیون، مولکول متان CH4 است. زاویه پیوند در این حالت 109 درجه و 28 دقیقه است.

نه تنها الکترون های جفت شده مستقیماً در هیبریداسیون دخیل هستند، بلکه جفت الکترون های جدا نشده نیز درگیر هستند.

هیبریداسیون در یک مولکول آب

به عنوان مثال، در یک مولکول آب، دو پیوند قطبی کووالانسی بین یک اتم اکسیژن و اتم هیدروژن وجود دارد. علاوه بر این، خود اتم اکسیژن دارای دو جفت الکترون خارجی است که در ایجاد پیوند شیمیایی شرکت نمی کنند. این 4 جفت الکترون در فضا مکان مشخصی را در اطراف اتم اکسیژن اشغال می کنند. از آنجایی که همه آنها بار یکسانی دارند، در فضا دفع می کنند، ابرهای الکترونی در فاصله قابل توجهی از یکدیگر قرار دارند. نوع هیبریداسیون اتم ها در یک ماده معین شامل تغییر شکل اوربیتال های اتمی است، آنها کشیده می شوند و با رئوس چهار وجهی تراز می شوند. در نتیجه، مولکول آب شکل زاویه‌ای پیدا می‌کند؛ زاویه پیوند بین پیوندهای اکسیژن-هیدروژن 104.5 درجه است.

برای پیش بینی نوع هیبریداسیون می توان از مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل پیوند شیمیایی استفاده کرد. در نتیجه، اوربیتال‌های آزاد عنصر با الکترونگاتیوی کمتر و همچنین اوربیتال‌های عنصر با منفی الکتریکی بالاتر که یک جفت الکترون روی آن‌ها قرار دارد، همپوشانی دارند. در فرآیند ترسیم پیکربندی الکترونیکی یک اتم، حالت اکسیداسیون آنها در نظر گرفته می شود.

قوانین شناسایی نوع هیبریداسیون

به منظور تعیین نوع هیبریداسیون کربن، می توان از قوانین خاصی استفاده کرد:

• اتم مرکزی را شناسایی کنید، تعداد پیوندهای σ را محاسبه کنید.
• حالت اکسیداسیون اتم ها را در ذره قرار دهید.
• ثبت پیکربندی الکترونیکی اتم اصلی در حالت اکسیداسیون مورد نظر.
• نموداری از توزیع الکترون های ظرفیت روی اوربیتال ها با جفت شدن الکترون ها ایجاد کنید.
• اوربیتال هایی را آزاد می کنند که مستقیماً در تشکیل پیوندها نقش دارند، الکترون های جفت نشده را پیدا می کنند (اگر تعداد اوربیتال های ظرفیت برای هیبریداسیون کافی نباشد، از اوربیتال های سطح انرژی بعدی استفاده می شود).

هندسه مولکول بر اساس نوع هیبریداسیون تعیین می شود. تحت تأثیر وجود پیوندهای پی قرار نمی گیرد. در مورد پیوند اضافی، تغییر در زاویه پیوند ممکن است، دلیل آن دافعه متقابل الکترون هایی است که یک پیوند چندگانه را تشکیل می دهند. بنابراین، در مولکول نیتریک اکسید (4) در طول هیبریداسیون sp 2، زاویه پیوند از 120 درجه به 134 درجه افزایش می یابد.

هیبریداسیون در مولکول آمونیاک

یک جفت الکترون جدا نشده بر شارح حاصل از گشتاور دوقطبی کل مولکول تأثیر می گذارد. آمونیاک دارای ساختار چهار وجهی همراه با یک جفت الکترون جدا نشده است. یونیته پیوند نیتروژن - هیدروژن و نیتروژن - فلوئور 15 و 19 درصد است که طولها به ترتیب در ساعت 101 و 137 بعد از ظهر تعیین می شود. بنابراین، مولکول نیتروژن فلوراید باید گشتاور دوقطبی بزرگتری داشته باشد، اما نتایج تجربی خلاف آن را نشان می دهد.

هیبریداسیون در ترکیبات آلی

هر دسته از هیدروکربن ها نوع هیبریداسیون خاص خود را دارند. بنابراین، در هنگام تشکیل مولکول های کلاس آلکان ها (هیدروکربن های اشباع)، هر چهار الکترون اتم کربن اوربیتال های هیبریدی تشکیل می دهند. هنگامی که آنها روی هم قرار می گیرند، 4 ابر ترکیبی تشکیل می شوند که تا رئوس چهار وجهی رشد می کنند. علاوه بر این، بالای آنها با اوربیتال های غیر هیبریدی هیدروژن همپوشانی دارند و یک پیوند ساده را تشکیل می دهند. برای هیدروکربن های اشباع، هیبریداسیون sp 3 مشخصه است.

در آلکن‌های غیراشباع (اتیلن نماینده معمولی آنهاست)، تنها سه اوربیتال الکترونی، s و 2 p، در هیبریداسیون شرکت می‌کنند، سه اوربیتال هیبریدی یک مثلث در فضا تشکیل می‌دهند. اوربیتال های غیر هیبریدی با هم همپوشانی دارند و یک پیوند چندگانه در مولکول ایجاد می کنند. این دسته از هیدروکربن های آلی با حالت هیبریدی sp 2 اتم کربن مشخص می شود.

تفاوت آلکین ها با کلاس قبلی هیدروکربن ها در این است که تنها دو نوع اوربیتال در فرآیند هیبریداسیون دخیل هستند: s و p. دو الکترون p غیر هیبریدی باقی مانده از هر اتم کربن در دو جهت همپوشانی دارند و دو پیوند چندگانه را تشکیل می دهند. این دسته از هیدروکربن ها با حالت sp-hybrid اتم کربن مشخص می شوند.

نتیجه

با تعیین نوع هیبریداسیون در یک مولکول، می توان ساختار مواد معدنی و آلی مختلف را توضیح داد و امکان پیش بینی کرد. خواص شیمیاییماده خاص

روش پیوندهای ظرفیت به شما امکان می دهد تا به وضوح ویژگی های فضایی بسیاری از مولکول ها را توضیح دهید. با این حال، ایده معمول از اشکال اوربیتال ها برای پاسخ به این سوال کافی نیست، اگر اتم مرکزی متفاوت است - s, پ, د- اوربیتال‌های ظرفیتی، پیوندهای تشکیل‌شده توسط آنها در مولکول‌هایی با جانشین‌های یکسان از نظر انرژی و ویژگی‌های فضایی معادل هستند. در دهه بیست قرن نوزدهم، لینوس پاولینگ مفهوم هیبریداسیون اوربیتال های الکترونی را پیشنهاد کرد. هیبریداسیون به عنوان یک مدل انتزاعی از هم ترازی اوربیتال های اتمی در شکل و انرژی درک می شود.

نمونه هایی از شکل اوربیتال های هیبریدی در جدول 5 نشان داده شده است.

جدول 5. ترکیبی sp، sp 2 , sp 3 اوربیتال

مفهوم هیبریداسیون هنگام توضیح شکل هندسی مولکول ها و مقادیر زوایای پیوند مناسب است (نمونه هایی از وظایف 2-5).

الگوریتم تعیین هندسه مولکول ها به روش VS:

آ. اتم مرکزی و تعداد پیوندهای σ با اتم های انتهایی را تعیین کنید.

ب پیکربندی‌های الکترونیکی تمام اتم‌هایی را که مولکول‌ها و تصاویر گرافیکی سطوح الکترونیکی خارجی را تشکیل می‌دهند، ترسیم کنید.

v طبق اصول روش VS، تشکیل هر پیوند به یک جفت الکترون نیاز دارد، در مورد کلی، یکی از هر اتم. اگر الکترون های جفت نشده کافی برای اتم مرکزی وجود نداشته باشد، باید تحریک اتم را با انتقال یکی از جفت الکترون ها به سطح انرژی بالاتر فرض کرد.

د- ضرورت و نوع هیبریداسیون را با در نظر گرفتن تمام پیوندها و برای عناصر دوره اول، الکترون های جفت نشده فرض کنید.

ه- بر اساس نتایج فوق، اوربیتال های الکترونی (هیبرید یا غیر ترکیبی) همه اتم های موجود در مولکول و همپوشانی آنها را به تصویر بکشید. در مورد هندسه مولکول و مقدار تقریبی زوایای پیوند نتیجه گیری کنید.

ث) درجه قطبیت پیوند را بر اساس مقادیر الکترونگاتیوی اتم ها تعیین کنید (جدول 6) وجود یک گشتاور دوقطبی را بر اساس مکان مراکز ثقل بارهای مثبت و منفی و / یا تقارن اتم ها تعیین کنید. مولکول

جدول 6. مقادیر الکترونگاتیوی برخی عناصر بر اساس پاولینگ

نمونه هایی از وظایف

تمرین 1... پیوند شیمیایی مولکول CO را با استفاده از روش BC توصیف کنید.

راه حل (شکل 25)

آ. پیکربندی های الکترونیکی تمام اتم هایی که مولکول را تشکیل می دهند را بسازید.

ب برای شکل گیری یک ارتباط، ایجاد جفت های الکترونیکی اجتماعی شده ضروری است

شکل 25. طرح تشکیل پیوند در مولکول CO (بدون هیبریداسیون مداری)

نتیجه گیری: در مولکول CO - پیوند سه گانه С≡О

برای مولکول CO، می توانیم حضور را فرض کنیم spهیبریداسیون اوربیتال های هر دو اتم (شکل 26). الکترون های جفتی که در تشکیل پیوند شرکت نمی کنند روشن هستند sp-اوربیتال هیبریدی

شکل 26. طرح تشکیل پیوند در مولکول CO (با در نظر گرفتن هیبریداسیون مداری)

وظیفه 2بر اساس روش VS، ساختار فضایی مولکول BeH 2 را فرض کنید و تعیین کنید که آیا مولکول دوقطبی است یا خیر.

راه حل مشکل در جدول 7 ارائه شده است.

جدول 7. تعیین هندسه مولکول BeH 2

	پیکربندی الکترونیکی		یادداشت ها (ویرایش)
آ.			اتم مرکزی بریلیم است. او نیاز به تشکیل دو پیوند ϭ با اتم های هیدروژن دارد
ب	H: 1 s 1 باشد: 2 s 2		اتم هیدروژن دارای یک الکترون جفت نشده است، اتم بریلیم دارای تمام الکترون های جفت شده است، باید به حالت برانگیخته منتقل شود.
v	H: 1 s 1 Be *: 2 s 1 2پ 1		اگر یک اتم هیدروژن به دلیل 2 به بریلیوم متصل شود s-الکترون بریلیم و دیگری به دلیل 2 پ-الکترون بریلیم، در این صورت مولکول دارای تقارن نخواهد بود، که از نظر انرژی توجیه نمی شود، و پیوندهای Be-H هم ارز نخواهد بود.
G.	H: 1 s 1 Be *: 2 ( sp) 2		باید فرض کرد که sp-هیبریداسیون
و غیره.			دو sp-اوربیتال های هیبریدی در زاویه 180 درجه قرار دارند، مولکول BeH 2 خطی است.
ه		الکترونگاتیوی χ H = 2.1، χ Be = 1.5، بنابراین، پیوند قطبی کووالانسی است، چگالی الکترون به اتم هیدروژن منتقل می شود، یک بار منفی کوچک δ- روی آن ظاهر می شود. روی اتم بریلیم δ +. از آنجایی که مرکز ثقل بارهای مثبت و منفی بر هم منطبق است (متقارن است)، مولکول دوقطبی نیست.

استدلال مشابه به توصیف هندسه مولکول ها کمک می کند sp 2 - و sp 3-اوربیتال های هیبریدی (جدول 8).

جدول 8. هندسه مولکول های BF 3 و CH 4

وظیفه 3.بر اساس روش VS، ساختار فضایی مولکول H2O را فرض کنید و تعیین کنید که آیا مولکول دوقطبی است یا خیر. دو راه حل ممکن وجود دارد که در جداول 9 و 10 ارائه شده است.

جدول 9. تعیین هندسه مولکول H2O (بدون هیبریداسیون مداری)

	پیکربندی الکترونیکی	تصویر گرافیکیمدارهای سطح بیرونی	یادداشت ها (ویرایش)
آ.
ب	H: 1 s 1 O: 2 s 2 2پ 4
v			الکترون های جفت نشده کافی برای تشکیل دو پیوند ϭ با اتم های هیدروژن وجود دارد.
G.			هیبریداسیون ناچیز است
و غیره.
ه

بنابراین، مولکول آب باید زاویه پیوند حدود 90 درجه داشته باشد. با این حال، زاویه بین پیوندها تقریباً 104 درجه است.

این را می توان توضیح داد

1) دفع اتم های هیدروژن با فاصله نزدیک.

2) هیبریداسیون مداری (جدول 10).

جدول 10. تعیین هندسه مولکول H2O (با در نظر گرفتن هیبریداسیون اوربیتال ها)

	پیکربندی الکترونیکی	ترسیم اوربیتال های سطح بیرونی	یادداشت ها (ویرایش)
آ.			اتم مرکزی اکسیژن است. او نیاز به تشکیل دو پیوند ϭ با اتم های هیدروژن دارد.
ب	H: 1 s 1 O: 2 s 2 2پ 4		یک اتم هیدروژن یک الکترون جفت نشده دارد، یک اتم اکسیژن دارای دو الکترون جفت نشده است.
v			یک اتم هیدروژن یک الکترون جفت نشده دارد، یک اتم اکسیژن دارای دو الکترون جفت نشده است.
G.			زاویه 104 درجه نشان دهنده وجود sp 3-هیبریداسیون
و غیره.			دو spاوربیتال های 3 هیبریدی در زاویه ای حدود 109 درجه قرار دارند، مولکول H2O از نظر شکل نزدیک به یک چهار وجهی است و کاهش زاویه پیوند با تأثیر یک جفت غیر پیوندی الکترونیکی توضیح داده می شود.
ه		الکترونگاتیوی χ Н = 2.1، χ Ο = 3.5، بنابراین، پیوند قطبی کووالانسی است، چگالی الکترون به اتم اکسیژن منتقل می شود، یک بار منفی کوچک 2δ– روی اتم هیدروژن δ + ظاهر می شود. از آنجایی که مراکز ثقل بارهای مثبت و منفی بر هم منطبق نیستند (متقارن نیست)، مولکول یک دوقطبی است.

استدلال مشابه توضیح زوایای پیوند در مولکول آمونیاک NH 3 را ممکن می سازد. هیبریداسیون با مشارکت جفت‌های الکترون تنها معمولاً فقط برای اوربیتال‌های اتم‌های عناصر دوره II در نظر گرفته می‌شود. زوایای پیوند در مولکول های H 2 S = 92 درجه، H 2 Se = 91 درجه، H 2 Te = 89 درجه. همین امر در سری های NH 3، PH 3، AsH 3 مشاهده می شود. هنگام توصیف هندسه این مولکول ها، به طور سنتی، یا به مفهوم هیبریداسیون متوسل نمی شوند، یا کاهش زاویه چهار وجهی را با تأثیر فزاینده جفت تنها توضیح می دهند.

مفهوم هیبریداسیون

مفهوم هیبریداسیون اوربیتال های اتمی ظرفیتیتوسط لینوس پاولینگ شیمیدان آمریکایی پیشنهاد شد تا به این سوال پاسخ دهد که چرا وقتی اتم مرکزی دارای اوربیتال های ظرفیت متفاوت (s, p, d) است، پیوندهای تشکیل شده توسط آن در مولکول های چند اتمی با لیگاندهای یکسان از نظر انرژی و ویژگی های فضایی معادل هستند. .

مفهوم هیبریداسیون در روش پیوند ظرفیت محوری است. هیبریداسیون خود یک فرآیند فیزیکی واقعی نیست، بلکه فقط یک مدل مناسب برای توضیح است ساختار الکترونیکیمولکول ها، به ویژه، تغییرات فرضی اوربیتال های اتمی در طول تشکیل یک پیوند شیمیایی کووالانسی، به ویژه، تراز کردن طول پیوندهای شیمیایی و زوایای پیوند در یک مولکول.

مفهوم هیبریداسیون با موفقیت در توصیف کیفی مولکول های ساده اعمال شد، اما بعداً به مولکول های پیچیده تر گسترش یافت. برخلاف نظریه اوربیتال‌های مولکولی، این نظریه کاملاً کمی نیست، به عنوان مثال، قادر به پیش‌بینی طیف فوتوالکترون حتی مولکول‌های ساده‌ای مانند آب نیست. در حال حاضر عمدتاً برای اهداف روش شناختی و در شیمی آلی مصنوعی استفاده می شود.

این اصل در نظریه دفع جفت الکترون گیلسپی - نیهولم منعکس شده است. اولین و بیشتر قانون مهمکه به صورت زیر فرموله شد:

جفت‌های الکترون چنین آرایشی روی لایه ظرفیت اتم می‌گیرند، که در آن حداکثر فاصله از یکدیگر دارند، یعنی جفت‌های الکترون طوری رفتار می‌کنند که گویی متقابل را دفع می‌کنند.

قانون دوم این است که "تمام جفت الکترون های موجود در لایه الکترون ظرفیتی در فاصله یکسانی از هسته در نظر گرفته می شوند.".

انواع هیبریداسیون

هیبریداسیون sp

زمانی اتفاق می افتد که یک اوربیتال s و یک p با هم مخلوط شوند. دو اوربیتال معادل اسپ-اتمی تشکیل می شوند که به صورت خطی در زاویه 180 درجه قرار دارند و در جهات مختلف از هسته اتم کربن هدایت می شوند. دو اوربیتال غیر هیبریدی باقیمانده در صفحات عمود بر یکدیگر قرار دارند و در تشکیل پیوندهای π شرکت می کنند یا در جفت الکترون های تنها شرکت می کنند.

sp 2 -هیبریداسیون

زمانی رخ می دهد که یک اوربیتال s و دو p با هم مخلوط شوند. سه اوربیتال هیبریدی با محورهایی که در یک صفحه قرار دارند و با زاویه 120 درجه به سمت رئوس مثلث هدایت می شوند تشکیل می شوند. غیر هیبریدی اوربیتال p-اتمیعمود بر صفحه و به عنوان یک قاعده در تشکیل پیوند π شرکت می کند

sp 3 -هیبریداسیون

زمانی اتفاق می افتد که یک اوربیتال s و سه p با هم مخلوط می شوند و چهار اوربیتال هیبریدی sp3 با شکل و انرژی برابر را تشکیل می دهند. آنها می توانند چهار پیوند σ با اتم های دیگر تشکیل دهند یا با جفت های تک الکترون پر شوند.

محورهای اوربیتال های هیبریدی sp3 به سمت رئوس چهار وجهی منظم هدایت می شوند. زاویه چهار وجهی بین آنها 109 درجه و 28 اینچ است که مربوط به کمترین انرژی دافعه الکترون است. همچنین اوربیتال‌های sp3 می‌توانند چهار پیوند σ با اتم‌های دیگر تشکیل دهند یا با جفت‌های تک الکترون پر شوند.

هیبریداسیون و هندسه مولکولی

مفهوم هیبریداسیون اوربیتال های اتمی زیربنای نظریه دفع جفت الکترون گیلسپی-نیهولم است. هر نوع هیبریداسیون مربوط به یک جهت گیری فضایی کاملاً تعریف شده از اوربیتال های ترکیبی اتم مرکزی است که به آن اجازه می دهد تا به عنوان پایه ای برای مفاهیم استریوشیمیایی در شیمی معدنی استفاده شود.

جدول نمونه هایی از مطابقت بین رایج ترین انواع هیبریداسیون و ساختار هندسی مولکول ها را با این فرض نشان می دهد که همه اوربیتال های ترکیبی در تشکیل پیوندهای شیمیایی دخیل هستند (هیچ جفت الکترون تنها وجود ندارد).

نوع هیبریداسیون	عدد اوربیتال های ترکیبی	هندسه	ساختار	نمونه هایی از
sp	2	خطی		BeF 2، CO 2، NO 2 +
sp 2	3	مثلثی		BF 3، NO 3 -، CO 3 2-
sp 3	4	چهار وجهی		CH 4، ClO 4 -، SO 4 2-، NH 4 +
dsp 2	4	مربع		Ni (CO) 4، XeF 4
sp 3 d	5	شش وجهی		PCl 5، AsF 5
sp 3 d 2	6	هشت وجهی		SF 6، Fe (CN) 6 3-، CoF 6 3-

پیوندها

ادبیات

• پاولینگ ال.ماهیت پیوند شیمیایی / Per. از انگلیسی M. E. Dyatkina. اد. پروفسور یا کی سیرکین. - م. ل .: Goskhimizdat, 1947 .-- 440 p.
• پاولینگ ال. شیمی عمومی... مطابق. از انگلیسی - م .: میر، 1974 .-- 846 ص.
• Minkin V.I.، Simkin B. Ya.، Minyaev R.M.نظریه ساختار مولکول ها. - Rostov-on-Don: Phoenix, 1997 .-- S. 397-406. - شابک 5-222-00106-7
• گیلسپی آر.هندسه مولکول ها / Per. از انگلیسی E.Z.Zasorin و V.S.Mastryukov، ed. یو.آ.پنتینا. - م .: میر، 1975 .-- 278 ص.

را نیز ببینید

یادداشت ها (ویرایش)

بنیاد ویکی مدیا 2010.

بیایید در مورد نحوه تعیین نوع هیبریداسیون صحبت کنیم و همچنین ساختار هندسی مولکول را در نظر بگیریم.

تاریخچه ظهور اصطلاح

در آغاز قرن بیستم، L. Paulingle نظریه ای در مورد هندسه مولکول های دارای پیوند کووالانسی ارائه کرد. همپوشانی ابرهای الکترونی به عنوان مبنایی برای تشکیل یک پیوند در نظر گرفته شد. این روش به پیوندهای ظرفیتی معروف شد. چگونه می توان نوع هیبریداسیون اتم ها را در ترکیبات تعیین کرد؟ نویسنده این نظریه پیشنهاد کرد که اختلاط اوربیتال های ترکیبی را در نظر بگیرد.

تعریف

برای درک چگونگی تعیین نوع هیبریداسیون در ترکیبات، اجازه دهید معنای این اصطلاح را تجزیه و تحلیل کنیم.

هیبریداسیون اختلاط اوربیتال های الکترونی است. این فرآیندهمراه با توزیع انرژی در آنها، تغییر در شکل آنها. بسته به مقدار اوربیتال های s و p مخلوط شده، نوع هیبریداسیون می تواند متفاوت باشد. در ترکیبات آلی، یک اتم کربن می تواند در حالت sp، sp2، sp3 وجود داشته باشد. بیشتر وجود دارد اشکال پیچیده، که در آن علاوه بر sp، d-orbital نیز دخالت دارند.

قوانین تشخیص مواد معدنی در مولکول ها

امکان شناسایی نوع هیبریداسیون برای ترکیبات با پیوند شیمیایی کووالانسی از نوع ABp وجود دارد. A اتم اصلی، B لیگاند، n عددی از دو یا بیشتر است. در چنین شرایطی فقط اوربیتال های ظرفیت اتم اصلی وارد هیبریداسیون می شوند.

روش های تعیین

بیایید در مورد نحوه تعیین نوع هیبریداسیون با جزئیات بیشتری صحبت کنیم. در مفهوم شیمیایی این اصطلاحشامل تغییر انرژی و شکل اوربیتال ها است. فرآیند مشابهی در مواردی مشاهده می شود که از الکترون های انواع مختلف برای تشکیل پیوند استفاده می شود.

برای درک چگونگی تعیین نوع هیبریداسیون، یک مولکول متان را در نظر بگیرید. این ماده اولین نماینده از سری همولوگ هیدروکربن های اشباع (اشباع) است. در فضا، مولکول CH4 یک چهار وجهی است. یک اتم کربن منفرد با هیدروژن ها پیوندهایی ایجاد می کند که از نظر انرژی و طول مشابه هستند. برای تشکیل چنین ابرهای ترکیبی از سه p- و یک e-electron استفاده می شود.

چهار ابر با هم ترکیب می شوند و چهار گونه یکسان (ترکیبی) به شکل یک شکل نامنظم هشت وجود دارد. این نوع هیبریداسیون sp3 نامیده می شود. همه هیدروکربن ها که فقط حاوی پیوندهای ساده (تک) هستند، با این نوع هیبریداسیون اتم کربن مشخص می شوند. زاویه پیوند 109 درجه و 28 دقیقه است.

بیایید به ادامه گفتگو در مورد چگونگی تعیین نوع هیبریداسیون بپردازیم. نمونه هایی از سری اتیلن ایده هیبریداسیون sp2 را ارائه می دهد. به عنوان مثال، در یک مولکول اتیلن، از چهار مولکول، تنها سه مورد در تشکیل یک پیوند شیمیایی استفاده می شود. الکترون p غیر هیبریدی باقی مانده صرف تشکیل یک پیوند دوگانه می شود.

استیلن ساده ترین نماینده کلاس СН2п-2 است. یکی از ویژگی های این دسته از هیدروکربن ها وجود پیوند سه گانه است. از چهار الکترون ظرفیت یک اتم کربن، تنها دو الکترون شکل و انرژی خود را تغییر می‌دهند و هیبریدی می‌شوند. دو الکترون باقیمانده در تشکیل دو پیوند دوگانه شرکت می‌کنند و ماهیت غیراشباع این دسته از ترکیبات آلی را تعیین می‌کنند.

نتیجه

با در نظر گرفتن این موضوع که برای ارگانیک و هیبریداسیون در نظر گرفته می شود، در حالی که انرژی و شکل آنها همسویی وجود دارد. الکترونی که در نزدیکی هسته یک اتم محدود قرار دارد با مجموعه ای از اوربیتال ها مشخص می شود که اطلاعات یکسانی در مورد نوع هیبریداسیون دارند و ارزیابی خواص شیمیایی یک ماده را ممکن می سازد.

هیبریداسیون Sp

هیبریداسیون sp صورت می گیرد، برای مثال، در طول تشکیل هالیدهای Be، Zn، Co و Hg (II). در حالت ظرفیت، همه هالیدهای فلزی حاوی الکترون های s و p جفت نشده در سطح انرژی مربوطه هستند. هنگامی که یک مولکول تشکیل می شود، یک اوربیتال s و یک اوربیتال p، دو اوربیتال ترکیبی sp را با زاویه 180 درجه تشکیل می دهند.

شکل 3اوربیتال های هیبریدی sp

داده های تجربی نشان می دهد که تمام هالیدهای Be، Zn، Cd و Hg (II) خطی هستند و طول هر دو پیوند یکسان است.

sp 2 -هیبریداسیون

در نتیجه هیبریداسیون یک اوربیتال s و دو اوربیتال p، سه اوربیتال هیبریدی sp 2 تشکیل می شود که در یک صفحه با زاویه 120 درجه نسبت به یکدیگر قرار دارند. به عنوان مثال، این پیکربندی مولکول BF 3 است:

شکل 4 sp 2 -هیبریداسیون

sp 3 -هیبریداسیون

هیبریداسیون sp 3 مشخصه ترکیبات کربنی است. در نتیجه هیبریداسیون یک s-orbital و سه

اوربیتال های p، چهار اوربیتال هیبریدی sp 3 تشکیل می شوند که به سمت رئوس چهار وجهی با زاویه بین اوربیتال های 109.5 درجه هدایت می شوند. هیبریداسیون خود را در هم ارزی کامل پیوندهای اتم کربن با اتم های دیگر در ترکیبات، به عنوان مثال، در CH 4، CCl 4، C (CH 3) 4 و غیره نشان می دهد.

شکل 5 sp 3 -هیبریداسیون

اگر همه اوربیتال‌های هیبریدی به اتم‌های یکسانی پیوند داشته باشند، پیوندها هیچ تفاوتی با یکدیگر ندارند. در موارد دیگر، انحرافات کوچکی از زوایای پیوند استاندارد وجود دارد. به عنوان مثال، در مولکول آب H2O، اکسیژن sp 3-hybrid است که در مرکز یک چهار وجهی نامنظم قرار دارد، که در راس آن دو اتم هیدروژن و دو جفت الکترون تنها به نظر می رسند (شکل 2). شکل مولکول وقتی از مرکز اتم ها مشاهده شود، زاویه ای است. زاویه پیوند HOH 105 o است که به مقدار نظری 109 نزدیک است.

شکل 6 sp 3 - هیبریداسیون اتم های اکسیژن و نیتروژن در مولکول های الف) H 2 O و ب) NCl 3.

اگر هیبریداسیون اتفاق نیفتاد ("تراز" اوراق قرضه O-H، زاویه پیوند HOH 90 درجه خواهد بود، زیرا اتم های هیدروژن به دو اوربیتال p عمود بر یکدیگر متصل می شوند. در این صورت، جهان ما احتمالاً کاملاً متفاوت به نظر می رسد.

تئوری هیبریداسیون هندسه مولکول آمونیاک را توضیح می دهد. در نتیجه هیبریداسیون 2s و سه اوربیتال نیتروژن 2p، چهار اوربیتال هیبریدی sp 3 تشکیل می شود. پیکربندی مولکول یک چهار وجهی تحریف شده است که در آن سه اوربیتال هیبریدی در تشکیل یک پیوند شیمیایی شرکت می کنند و اوربیتال چهارم با یک جفت الکترون مشارکت نمی کند. زوایای بین اوراق قرضه N-Hبرابر با 90 о در یک هرم نیست، اما همچنین برابر با 109.5 о، مربوط به یک چهار وجهی نیست.

شکل 7 sp 3 - هیبریداسیون در مولکول آمونیاک

هنگامی که آمونیاک با یک یون هیدروژن برهمکنش می کند، در نتیجه برهم کنش دهنده-گیرنده، یون آمونیوم تشکیل می شود که پیکربندی آن یک چهار وجهی است.

هیبریداسیون همچنین تفاوت در زاویه بین را توضیح می دهد پیوندهای O-Hدر گوشه مولکول آب در نتیجه هیبریداسیون 2s و سه اوربیتال اکسیژن 2p، چهار اوربیتال هیبریدی sp 3 تشکیل می شود که تنها دو اوربیتال در تشکیل یک پیوند شیمیایی نقش دارند که منجر به اعوجاج زاویه مربوط به چهار وجهی می شود.

شکل 8 sp 3 - هیبریداسیون در یک مولکول آب

هیبریداسیون نه تنها می تواند شامل s و p، بلکه اوربیتال های d و f نیز باشد.

با هیبریداسیون sp 3 d 2، 6 ابر معادل تشکیل می شود. در ترکیباتی مانند 4-، 4- مشاهده می شود. در این حالت، مولکول دارای یک پیکربندی هشت وجهی است.