Ang atomic orbital hybridization ay ang proseso ng pag-unawa kung paano binabago ng mga atom ang kanilang mga orbital kapag bumubuo sila ng mga compound. Kaya, ano ang hybridization, at anong mga uri nito ang umiiral?
Pangkalahatang katangian ng hybridization ng atomic orbitals
Ang atomic orbital hybridization ay isang proseso kung saan pinaghalo ang iba't ibang orbital ng gitnang atom, na nagreresulta sa pagbuo ng mga orbital ng parehong mga katangian.
Ang hybridization ay nangyayari sa panahon ng pagbuo covalent bond.
Ang hybrid na orbital ay may anyo ng isang infinity sign o isang asymmetric inverted figure eight, na pinalawak ang layo mula sa atomic nucleus. Ang form na ito ay nagdudulot ng mas malakas na pagsasanib ng mga hybrid na orbital na may mga orbital (puro o hybrid) ng iba pang mga atom kaysa sa kaso ng mga purong atomic orbital at humahantong sa pagbuo ng mas malakas na covalent bond.
kanin. 1. Hybrid orbital na hitsura.
Sa kauna-unahang pagkakataon, ang ideya ng hybridization ng mga atomic orbital ay iniharap ng Amerikanong siyentipiko na si L. Pauling. Naniniwala siya na ang isang atom na pumapasok sa isang chemical bond ay may iba't ibang atomic orbitals (s-, p-, d-, f-orbitals), pagkatapos ay ang hybridization ng mga orbital na ito ay nangyayari bilang isang resulta. Ang kakanyahan ng proseso ay ang mga atomic na orbital na katumbas ng bawat isa ay nabuo mula sa iba't ibang mga orbital.
Mga uri ng hybridization ng atomic orbitals
Mayroong ilang mga uri ng hybridization:
- . Ang ganitong uri ng hybridization ay nangyayari kapag ang isang s-orbital at isang p-orbital ay naghalo. Bilang resulta, nabuo ang dalawang ganap na sp-orbital. Ang mga orbital na ito ay matatagpuan sa atomic nucleus sa paraang ang anggulo sa pagitan ng mga ito ay 180 degrees.
kanin. 2. sp hybridization.
- sp2 hybridization. Ang ganitong uri ng hybridization ay nangyayari kapag naghalo ang isang s-orbital at dalawang p-orbital. Bilang resulta, nabuo ang tatlong hybrid na orbital, na matatagpuan sa parehong eroplano sa isang anggulo ng 120 degrees sa bawat isa.
- . Ang ganitong uri ng hybridization ay nangyayari kapag naghalo ang isang s-orbital at tatlong p-orbital. Bilang resulta, apat na ganap na sp3 orbital ang nabuo. Ang mga orbital na ito ay nakadirekta sa tuktok ng tetrahedron at matatagpuan sa isang anggulo na 109.28 degrees sa bawat isa.
Ang sp3 hybridization ay katangian ng maraming elemento, halimbawa, ang carbon atom at iba pang grupong IVA substance (CH 4, SiH 4, SiF 4, GeH 4, atbp.)
kanin. 3. sp3 hybridization.
Ang mas kumplikadong mga uri ng hybridization na kinasasangkutan ng mga d-orbital ng mga atom ay posible rin.
Ano ang natutunan natin?
Ang hybridization ay kumplikado proseso ng kemikal kapag ang iba't ibang orbital ng isang atom ay bumubuo ng parehong (katumbas) na mga hybrid na orbital. Ang unang nagpahayag ng teorya ng hybridization ay ang American L. Pauling. Mayroong tatlong pangunahing uri ng hybridization: sp hybridization, sp2 hybridization, sp3 hybridization. Mayroon ding mga mas kumplikadong uri ng hybridization na kinasasangkutan ng mga d-orbital.
Pagsusulit sa paksa
Pagsusuri ng Ulat
Average na rating: 4.1. Kabuuang mga rating na natanggap: 315.
modelo ng carbon atom
Ang mga valence electron ng isang carbon atom ay matatagpuan sa isang 2s orbital at dalawang 2p orbital. Ang 2p orbital ay matatagpuan sa isang anggulo na 90° sa isa't isa, at ang 2s orbital ay may spherical symmetry. Kaya, ang pag-aayos ng mga carbon atomic orbital sa kalawakan ay hindi nagpapaliwanag ng pangyayari sa mga organikong compound mga anggulo ng bono 109.5°, 120° at 180°.
Upang malutas ang kontradiksyon na ito, ang paniwala hybridization ng atomic orbitals. Upang maunawaan ang likas na katangian ng tatlong mga opsyon para sa pag-aayos ng mga bono ng carbon atom, ang mga ideya tungkol sa tatlong uri ng hybridization ay kailangan.
Utang namin ang paglitaw ng konsepto ng hybridization kay Linus Pauling, na malaki ang ginawa upang bumuo ng teorya ng chemical bonding.
Ang konsepto ng hybridization ay nagpapaliwanag kung paano binabago ng isang carbon atom ang mga orbital nito upang bumuo ng mga compound. Sa ibaba ay isasaalang-alang natin ang prosesong ito ng orbital na pagbabagong hakbang-hakbang. Kasabay nito, dapat itong isipin na ang paghahati ng proseso ng hybridization sa mga yugto o yugto ay, sa katunayan, ay hindi hihigit sa isang mental na aparato na nagbibigay-daan sa isang mas lohikal at naa-access na pagtatanghal ng konsepto. Gayunpaman, ang mga konklusyon tungkol sa spatial na oryentasyon ng mga bono ng carbon atom, na kung saan ay darating tayo sa kalaunan, ganap na tumutugma sa totoong estado ng mga gawain.
Electronic na pagsasaayos ng carbon atom sa lupa at nasasabik na estado
Ang figure sa kaliwa ay nagpapakita elektronikong pagsasaayos carbon atom. Kami ay interesado lamang sa kapalaran ng mga electron ng valence. Bilang resulta ng unang hakbang, na tinatawag na pananabik o promosyon, isa sa dalawang 2s electron ay gumagalaw sa isang libreng 2p orbital. Sa ikalawang yugto, ang proseso ng hybridization mismo ay nagaganap, na maaaring medyo kumbensiyonal na maisip bilang pinaghalong isang s- at tatlong p-orbitals at ang pagbuo ng apat na bagong magkaparehong orbital mula sa kanila, na ang bawat isa ay nagpapanatili ng mga katangian ng s -orbital ng isang quarter at ang mga katangian ng p-orbitals. Ang mga bagong orbital na ito ay tinatawag sp 3 - hybrid. Dito, ang superscript 3 ay nagpapahiwatig hindi ang bilang ng mga electron na sumasakop sa mga orbital, ngunit ang bilang ng mga p-orbital na nakibahagi sa hybridization. Ang mga hybrid na orbital ay nakadirekta sa mga vertices ng tetrahedron, sa gitna kung saan mayroong isang carbon atom. Ang bawat sp 3 hybrid orbital ay naglalaman ng isang electron. Ang mga electron na ito ay lumahok sa ikatlong yugto sa pagbuo ng mga bono na may apat na atomo ng hydrogen, na bumubuo ng mga anggulo ng bono na 109.5°.
sp3 - hybridization. molekula ng methane.
Ang pagbuo ng mga planar molecule na may 120° bond angles ay ipinapakita sa figure sa ibaba. Dito, tulad ng sa kaso ng sp 3 hybridization, ang unang hakbang ay paggulo. Sa ikalawang yugto, isang 2s at dalawang 2p orbital ang lumahok sa hybridization, na bumubuo ng tatlo sp 2 -hybrid orbital na matatagpuan sa parehong eroplano sa isang anggulo ng 120° sa bawat isa.
Pagbuo ng tatlong sp2 hybrid orbitals
Ang isang p-rorbital ay nananatiling unhybridized at matatagpuan patayo sa eroplano ng sp 2 hybrid orbitals. Pagkatapos (ikatlong hakbang) dalawang sp 2 hybrid orbitals ng dalawang carbon atoms ay pinagsasama-sama ang mga electron upang bumuo ng isang covalent bond. Ang nasabing bono, na nabuo bilang resulta ng pagsasanib ng dalawang atomic orbitals sa linya na nag-uugnay sa nuclei ng isang atom, ay tinatawag na σ-buklod.
Ang pagbuo ng sigma at pi bond sa molekula ng ethylene
Ang ikaapat na yugto ay ang pagbuo ng pangalawang bono sa pagitan ng dalawang carbon atoms. Ang bono ay nabuo bilang isang resulta ng magkakapatong ng mga gilid ng unhybridized 2p orbitals na magkaharap at tinatawag na π-bond. Ang bagong molecular orbital ay isang set ng dalawang rehiyon na inookupahan ng mga electron ng π-bond - sa itaas at ibaba ng σ-bond. Ang parehong mga bono (σ at π) ay magkasamang bumubuo dobleng bono sa pagitan ng mga carbon atom. At sa wakas, ang huling, ikalimang hakbang ay ang pagbuo ng mga bono sa pagitan ng carbon at hydrogen atoms gamit ang mga electron ng apat na natitirang sp 2 hybrid orbitals.
Dobleng bono sa molekula ng ethylene
Ang ikatlo at huling uri ng hybridization ay ipinapakita sa halimbawa ng pinakasimpleng molekula na naglalaman ng triple bono, mga molekula acetylene. Ang unang hakbang ay ang paggulo ng atom, katulad ng dati. Sa ikalawang yugto, ang hybridization ng isang 2s at isang 2p orbital ay nangyayari sa pagbuo ng dalawa sp-hybrid orbital na nasa anggulong 180°. At ang dalawang 2p orbital na kinakailangan para sa pagbuo ng dalawang π bond ay nananatiling hindi nagbabago.
Pagbuo ng dalawang sp-hybrid orbital
Ang susunod na hakbang ay ang pagbuo ng isang σ-bond sa pagitan ng dalawang sp-hybridized carbon atoms, pagkatapos ay nabuo ang dalawang π-bond. Isang σ bond at dalawang π bond sa pagitan ng dalawang carbon na magkasama ang bumubuo triple bond. Sa wakas, ang mga bono ay nabuo na may dalawang atomo ng hydrogen. Ang molekula ng acetylene ay may isang linear na istraktura, ang lahat ng apat na mga atom ay namamalagi sa parehong tuwid na linya.
Ipinakita namin kung paano ang tatlong pangunahing organikong kimika Ang mga uri ng geometry ng mga molekula ay lumitaw bilang isang resulta ng iba't ibang mga pagbabagong-anyo ng mga atomic orbital ng carbon.
Dalawang pamamaraan ang maaaring imungkahi para sa pagtukoy ng uri ng hybridization ng iba't ibang mga atomo sa isang molekula.
Paraan 1. Ang pinaka-pangkalahatang paraan, na angkop para sa anumang mga molekula. Batay sa pag-asa ng anggulo ng bono sa hybridization:
a) ang mga anggulo ng bono na 109.5°, 107° at 105° ay nagpapahiwatig ng sp 3 hybridization;
b) isang anggulo ng valence na halos 120 ° - sp 2 - hybridization;
c) anggulo ng valence 180°-sp-hybridization.
Paraan 2. Angkop para sa karamihan mga organikong molekula. Dahil ang uri ng bono (single, double, triple) ay nauugnay sa geometry, posibleng matukoy ang uri ng hybridization nito sa pamamagitan ng likas na katangian ng mga bono ng isang naibigay na atom:
a) lahat ng mga bono ay simple - sp 3 -hybridization;
b) isang double bond - sp 2 -hybridization;
c) isang triple bond - sp-hybridization.
Ang hybridization ay isang mental na operasyon ng pagbabago ng ordinaryong (energetically pinaka-kanais-nais) na mga atomic na orbital sa mga bagong orbital, ang geometry na tumutugma sa eksperimental na tinutukoy na geometry ng mga molekula.
Upang ipaliwanag ang mga katotohanan kapag ang isang atom ay bumubuo ng mas malaking bilang ng mga bono kaysa sa bilang ng mga hindi magkapares na electron sa ground state nito (halimbawa, isang carbon atom), ang postulate ng hybridization ng mga atomic orbital na malapit sa enerhiya ay ginagamit. Nagaganap ang AO hybridization sa panahon ng pagbuo ng isang covalent bond, kung magreresulta ito sa isang mas mahusay na overlap ng mga orbital. Ang hybridization ng carbon atom ay sinamahan ng paggulo nito at paglipat ng elektron mula sa 2 s- sa 2 R-AO:
Ground at excited na estado ng carbon atom.
AO hybridization- ito ang pakikipag-ugnayan (paghahalo) ng mga atomic na orbital ng isang partikular na atom na magkaiba sa uri, ngunit malapit sa enerhiya sa pagbuo ng mga hybrid na orbital ng parehong hugis at enerhiya.
Halimbawa, ang paghahalo ng 2s-AO sa 2 p-Ang AO ay nagbibigay ng dalawang hybrid 2 sp-AO:
AO na may malaking pagkakaiba sa enerhiya (halimbawa, 1 s at 2 R) huwag pumasok sa hybridization. Depende sa bilang na kasangkot sa hybridization p-AO ang mga sumusunod na uri ng hybridization ay posible:
para sa carbon at nitrogen atoms - sp 3 , sp 2 at sp;
para sa oxygen atom - sp 3 , sp 2 ;
para sa mga halogens - sp 3 .
Ang hybrid AO ay asymmetric at malakas na pinahaba sa isang direksyon mula sa nucleus (irregular figure-eight na hugis).
Unlike non-hybrid s- o R-AO, ito ay may isang malaking bahagi, na bumubuo ng isang kemikal na bono, at isang maliit na bahagi, na kadalasan ay hindi man lang inilalarawan. Hybridized AOs na nakikipag-ugnayan sa mga orbital ng iba't ibang uri ( s-, R- o hybrid AO) ng iba pang mga atom ay karaniwang nagbibigay ng s-MO, i.e. bumuo ng mga s-bond. Ang bono na ito ay mas malakas kaysa sa bono na nabuo ng mga electron ng non-hybrid AO dahil sa mas mahusay na overlap.
3.3.1. sp 3 -Hybridization (tetrahedral).
Isa s- at tatlo R apat pantay sa anyo at enerhiya sp 3-hybrid orbital.
Orbital na modelo ng isang atom sa sp 3 -hybridized na estado.
Para sa carbon atom at iba pang mga elemento ng ika-2 panahon, ang prosesong ito ay nangyayari ayon sa pamamaraan:
2s + 2p x + 2p y + 2p z = 4 (2sp 3)
Scheme ng sp 3 hybridization ng atomic orbitals.
Ang mga axes ng sp 3 -hybrid orbitals ay nakadirekta sa mga vertices ng isang regular na tetrahedron. Ang tetrahedral angle sa pagitan ng mga ito ay 109°28", na tumutugma sa pinakamababang electron repulsion energy.
Sa kauna-unahang pagkakataon, ang ideya ng direksyon ng mga yunit ng affinity (valencies) ng carbon atom sa mga sulok ng tetrahedron ay independiyenteng iniharap noong 1874 nina Van't Hoff at Le Bel.
sp 3 -Ang mga orbital ay maaaring bumuo ng apat na s-bond sa iba pang mga atomo o mapuno ng nag-iisang pares ng mga electron.
At kung paano biswal na ilarawan ang spatial na istraktura ng isang atom sa estado ng sp 3 sa figure?
Sa kasong ito, ang sp 3 -hybrid na mga orbital ay inilalarawan hindi bilang mga ulap ng elektron, ngunit bilang mga tuwid na linya o wedge, depende sa spatial na oryentasyon ng orbital. Ang ganitong eskematiko na representasyon ay ginagamit kapag nagsusulat ng stereochemical (spatial) na mga formula ng mga molekula.
Transition mula sa orbital model (a) sa spatial formula (b).
Gamit ang halimbawa ng isang molekula ng methane, ipinapakita ang mga three-dimensional na modelo at isang spatial (stereochemical) na formula ng isang molekula na may sp 3 -carbon atom.
Modelo ng methane molecule
sp 3 - Ang hybridized na estado ay katangian ng isang atom kung ang kabuuan ng bilang ng mga atom na nauugnay dito at ang bilang ng mga hindi nakabahaging pares ng elektron nito ay 4.
Ang carbon sa sp 3 hybrid na estado ay nangyayari sa simpleng bagay- brilyante. Ang estado na ito ay tipikal para sa C, N, O, atbp. mga atom na konektado sa iba pang mga atom sa pamamagitan ng mga solong bono (sp 3 -atoms ay naka-highlight sa pula):
Sa H4,R C H 3 , N H 3 , R N H2, H2 O, R O H, R2 O;
pati na rin ang mga anion tulad ng:
R3 C: - , R O - .
Ang kinahinatnan ng tetrahedral na istraktura ng sp 3 atom ay ang posibilidad ng pagkakaroon ng dalawang optical stereoisomer sa isang tambalang naglalaman ng naturang atom na may apat na magkakaibang mga substituent (Vant Hoff, Le Bel, 1874).
3.3.2. sp 2 -Hybridization (plane-trigonal).
Isa s- at dalawa p Ang mga orbital ay naghahalo at bumubuo tatlo katumbas sp 2-hybrid na mga orbital na matatagpuan sa parehong eroplano sa isang anggulo na 120° (naka-highlight sa asul). Maaari silang bumuo ng tatlong s-bond. Pangatlo R-orbital ay nananatiling unhybridized at naka-orient patayo sa eroplano ng lokasyon ng hybrid orbitals. Ito R Ang -AO ay kasangkot sa pagbuo ng p-bond.
Para sa mga elemento ng 2nd period, ang proseso sp Ang 2-hybridization ay nangyayari ayon sa scheme:
2s + 2p x + 2p y = 3 (2sp 2) 2p z -AO ay hindi kasama sa hybridization.
Upang ilarawan ang spatial na istraktura ng mga atom sa estado ng sp 2, ang parehong mga diskarte ay ginagamit tulad ng sa kaso ng mga sp 3 atoms:
Ang paglipat mula sa orbital na modelo ng isang atom sa sp 2 -hybridized na estado (a) patungo sa spatial na formula (b). Ang istraktura ng mga molekula na may sp 2 atoms ay makikita sa kanilang mga modelo:
Mga modelo ng molekula ng ethylene
sp 2 - Ang hybridized state ay katangian ng isang atom kung ang kabuuan ng bilang ng mga atom na nauugnay dito at ang bilang ng mga hindi nakabahaging pares ng elektron nito ay katumbas ng3
Ang carbon sa sp 2 -hybrid state ay bumubuo ng isang simpleng substance na grapayt. Ang estado na ito ay tipikal para sa mga atomo C, N, O, atbp. na may dobleng bono(sp 2 -atoms ay naka-highlight sa pula):
H2 C=C H2, H2 C=C HR, R2 C=N R, R- N=N-R, R2 C=O, R- N=O,
at para din sa mga cation ng uri
R3 C+ at mga libreng radical R 3 C · .
Sp2 hybridization
Bilang resulta ng hybridization ng isang s-orbital at dalawang p-orbitals, tatlong hybrid sp 2 orbitals ang nabuo, na matatagpuan sa parehong eroplano sa isang anggulo na 120° sa bawat isa. Ito ay, halimbawa, ang pagsasaayos ng molekula ng BF 3:
Fig.4 sp 2 hybridization
Ang sp 3 hybridization ay katangian ng mga carbon compound. Bilang resulta ng hybridization ng isang s-orbital at tatlo
p-orbitals, apat na hybrid sp 3 -orbitals ang nabuo, na nakadirekta sa vertices ng tetrahedron na may anggulo sa pagitan ng mga orbital na 109.5 o. Ang hybridization ay nagpapakita ng sarili sa kumpletong pagkakapareho ng mga bono ng carbon atom sa iba pang mga atomo sa mga compound, halimbawa, sa CH 4, CCl 4, C (CH 3) 4, atbp.
Fig.5 sp 3 hybridization
Kung ang lahat ng mga hybrid na orbital ay nakatali sa parehong mga atomo, kung gayon ang mga bono ay hindi naiiba sa bawat isa. Sa ibang mga kaso, nangyayari ang maliliit na paglihis mula sa karaniwang mga anggulo ng bono. Halimbawa, sa isang molekula ng tubig H 2 O oxygen - sp 3 -hybrid, ay matatagpuan sa gitna ng isang hindi regular na tetrahedron, sa mga vertices kung saan ang dalawang hydrogen atoms at dalawang nag-iisang pares ng mga electron ay "tumingin" (Fig. 2). Ang hugis ng molekula ay angular, kung titingnan mo ang mga sentro ng mga atomo. Ang anggulo ng bono ng HOH ay 105°, na medyo malapit sa teoretikal na halaga ng 109°.
Fig.6 sp 3 hybridization ng oxygen at nitrogen atoms sa mga molekula a) H 2 O at b) NCl 3.
Kung walang hybridization ("alignment" O-H bond), ang anggulo ng bono ng HOH ay magiging 90° dahil ang mga atomo ng hydrogen ay ikakabit sa dalawang magkaparehong patayo na p orbital. Sa kasong ito, maaaring magmukhang ganap na iba ang ating mundo.
Ipinapaliwanag ng teorya ng hybridization ang geometry ng molekula ng ammonia. Bilang resulta ng hybridization ng 2s at tatlong 2p nitrogen orbitals, apat na sp 3 hybrid orbitals ang nabuo. Ang pagsasaayos ng molekula ay isang distorted tetrahedron, kung saan ang tatlong hybrid na orbital ay lumahok sa pagbuo ng isang kemikal na bono, at ang ikaapat na may isang pares ng mga electron ay hindi. anggulo sa pagitan N-H bond hindi katumbas ng 90 o tulad ng sa isang pyramid, ngunit hindi katumbas ng 109.5 o, na katumbas ng isang tetrahedron.
Fig.7 sp 3 - hybridization sa molekula ng ammonia
Kapag ang ammonia ay nakikipag-ugnayan sa isang hydrogen ion, ang isang ammonium ion ay nabuo bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng donor-acceptor, ang pagsasaayos nito ay isang tetrahedron.
Ipinapaliwanag din ng hybridization ang pagkakaiba sa anggulo sa pagitan O-H bond sa isang sulok na molekula ng tubig. Bilang resulta ng hybridization ng 2s at tatlong 2p oxygen orbitals, apat na sp 3 hybrid orbitals ang nabuo, kung saan dalawa lamang ang lumahok sa pagbuo ng isang kemikal na bono, na humahantong sa isang pagbaluktot ng anggulo na tumutugma sa tetrahedron.
Fig.8 sp 3 hybridization sa isang molekula ng tubig
Maaaring kabilang sa hybridization hindi lamang ang s- at p-, kundi pati na rin ang d- at f-orbitals.
Sa sp 3 d 2 hybridization, 6 na katumbas na ulap ang nabuo. Ito ay sinusunod sa mga compound tulad ng 4-, 4-. Sa kasong ito, ang molekula ay may pagsasaayos ng isang octahedron:
kanin. siyam d 2 sp 3 -hybridization sa ion 4-
Ang mga ideya tungkol sa hybridization ay ginagawang posible na maunawaan ang mga naturang tampok ng istraktura ng mga molekula na hindi maipaliwanag sa anumang iba pang paraan.
Ang hybridization ng atomic orbitals (AO) ay humahantong sa isang paglipat ng electron cloud sa direksyon ng pagbuo ng bono sa iba pang mga atom. Bilang resulta, ang mga nagsasapawan na rehiyon ng mga hybrid na orbital ay lumalabas na mas malaki kaysa sa mga purong orbital, at ang lakas ng bono ay tumataas.
1) sp- o q 2 - katangian ang hybridization kapag 1s at 1 p- elektron.
kanin. 16. Iskema sp- hybridization
Ang molekula ay may isang linear na istraktura ng uri AB 2 .
2) sp2- o q 3 - hybridization. Ang mga hybrid na ulap ay matatagpuan sa isang anggulo na 120 0 sa isang eroplano (Larawan 17).
Kapag nabuo ang isang hybrid na ulap, isa s at
 |
2p elektron.
kanin. 17. Balangkas sp2- hybridization
Halimbawa, isang molekula BCl 3
Ang molekula ay may hugis ng isang patag na tatsulok.
3) sp3- q 4 - ang hybridization ay isinasagawa dahil sa isa s at tatlo p- mga elektronikong ulap. Ang mga ulap na may ganitong uri ng hybridization ay matatagpuan sa isang anggulo na 109 0 28 ¢ (Fig. 18). 4 na hybrid na ulap ay nakadirekta mula sa gitna ng isang regular na tetrahedron hanggang sa mga vertice nito. Ang isang halimbawa ng naturang molekula ay CH4, CCl4.
kanin. 18. Balangkas sp 3– hybridization
Bilang karagdagan sa mga isinasaalang-alang, ang iba pang mga uri ng hybridization ng mga valence orbital at ang kaukulang mga uri ng spatial na pagsasaayos ng mga molekula ay posible rin. Kumbinasyon ng isa s- tatlong p - at isa d- ang mga orbital ay humahantong sa sp3d- hybridization. Ito ay tumutugma sa oryentasyon ng lima sp3d- hybrid orbitals sa tuktok ng trigonal bipyramid. Kailan sp 3 d 2– hybridization anim sp 3 d 2 Ang mga hybrid na orbital ay nakatuon sa mga vertices ng octahedron. Ang oryentasyon ng pitong orbital sa mga vertices ng pentagonal bipyramid ay tumutugma sa sp 3 d 3(o sp3d2f) ay mga hybridization ng valence orbitals ng gitnang atom ng molekula.
Kaya, tinutukoy ng direksyon ng mga bono ng kemikal ang spatial na pagsasaayos ng mga molekula.
Isaalang-alang din natin ang mga posibleng uri ng mga umuusbong na molekula.
Mga molekula ng uri AA o AB. Kasama sa uri na ito ang mga molekula na nabuo ng dalawang magkapareho o magkaibang mga atomo, kung saan ang isang solong ( s- sigma) na bono, ang huli ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng dalawa s- mga electron, isa mula sa bawat atom ( s¢ - s¢), dalawa p- mga electron ( p¢ - p¢) o dalawang magkahalong uri ng electron ( s¢ - p¢) (Larawan 19). Ang ganitong mga bono ay lumitaw sa pagitan ng mga atomo ng mga elemento na mayroong isa s- o p- electron: hydrogen, mga elemento ng pangkat IA(alkali metal) at mga grupo VIIA(halogens). Ang mga molekula ng ganitong uri ay may linear na hugis, halimbawa, 
H 2 , F 2 , Cl 2 , Br 2 , J 2 , Zi 2 , Na 2 , K 2 , HCl at iba pa.
kanin. 19. Nagsasapawan s- at p- mga orbital
may edukasyon s- mga koneksyon
Molecules tulad ng AB 2, AB 3 . Ang mga ito ay nabuo sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng dalawa p- mga elektron ng atom AT at s- mga electron ng dalawang atom A. Dalawang hindi magkapares p- Ang elektron ay katangian ng mga atomo ng mga elemento VI A mga grupo, i.e. para sa oxygen at mga analogue nito (chalcogens).
Mga elektronikong ulap p- ang mga electron ay matatagpuan kamag-anak sa bawat isa sa isang anggulo na 90 0 kasama ang mga coordinate axes x at y.
kanin. 20. Nagpapatong na mga orbital sa isang molekula ng tubig
Halimbawa, sa isang molekula H2O(fig. 20) overlap ng ulap s- mga electron na may mga ulap p- Ang mga electron ay nangyayari sa lugar na ipinahiwatig ng pagpisa, at samakatuwid ang mga kemikal na bono ay dapat na nakadirekta sa isang anggulo ng 90 º. Ang ganitong mga molekula ay tinatawag sulok. Gayunpaman, ayon sa pang-eksperimentong data, ang mga molekula na may ibang halaga ng anggulo ng bono ay mas karaniwan. Halimbawa, ang anggulo ng bono ng isang molekula ng tubig ay 104.5º. isa sa mga dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito, ayon sa teorya ng valence bonds, ay ang pagkakaroon ng mga hindi nagsasama-samang mga pares ng elektron sa gitnang atom. Ang pagbaluktot ng mga anggulo ng bono sa kasong ito ay sanhi ng mutual repulsion ng bonding at nonbonding electron pairs ng central atom. Sa kasong ito, dapat itong isaalang-alang na ang ulap ng isang bonding electron pair (localized sa pagitan ng dalawang atoms) ay sumasakop sa mas kaunting espasyo kaysa sa cloud ng isang nonbonding electron pair, kaya ang repulsion ay pinaka-binibigkas sa pagitan ng nonbonding pairs, ang epekto ng repulsion sa pagitan ang nonbonding at repulsion sa pagitan ng bonding electron pairs. Ito ay makikita sa halimbawa ng istruktura ng mga molekula ng methane, ammonia at tubig. Ang mga gitnang atomo ng mga molekulang ito ay bumubuo ng mga bono ng kemikal dahil sa mga electron s p 3 - Ang mga hybrid na orbital ay account para sa apat na electron
Tinutukoy nito ang pagbuo ng apat na bono C-H at ang pag-aayos ng mga hydrogen atoms ng methane molecule CH 4 sa vertices ng tetrahedron (Fig. 21)
kanin. 21. Orbital overlap sa methane molecule
 |
Ang nitrogen atom ay may apat sp3- Ang mga hybrid na orbital ay account para sa limang mga electron:
Samakatuwid, ang isang pares ng mga electron ay lumalabas na nonbonding at sumasakop sa isa sa sp3- orbital na nakadirekta sa vertices ng tetrahedron. Dahil sa salungat na pagkilos ng nonbonding electron pair, ang anggulo ng bond sa molekula ng ammonia H3N lumalabas na mas mababa kaysa sa tetrahedral at ay < HNH = 107,3º .
Ngayon ay malinaw na na kapag isinasaalang-alang ang isang molekula ng tubig, ang anggulo ng valence ay dapat na mas maliit, i.e. sa oxygen atom 4 sp 3– Ang mga hybrid na orbital ay account para sa anim na electron i.e. dalawa sp3- Ang mga hybrid na orbital ay sumasakop sa nonbonding electron pairs. Ang nakakadiri na aksyon ng dalawa
ang mga nonbonding pairs ay makikita sa mas malaking lawak. Samakatuwid, ang anggulo ng bono ay nabaluktot laban sa anggulo ng tetrahedral nang mas malakas sa molekula ng tubig H2O ay < HOH = 104º,5¢ . Sa pagtaas ng bilang ng mga nonbonding electron ng gitnang atom, nagbabago rin ang spatial na pagsasaayos ng mga molekula (Talahanayan 7). Kaya, kung ang molekula ay may hugis ng isang regular na tetrahedron na may isang carbon atom sa gitna, kung gayon sa kaso ng isang molekula H3N maaari nating ipagpalagay na ang isa sa mga vertices ng tetrahedron ay inookupahan ng isang nonbonding electron pair at ang molekula ay may hugis ng trigonal pyramid. Sa isang molekula H2O dalawang vertices ng tetrahedron ay inookupahan ng mga pares ng electron, at ang molekula mismo ay may anggular V- matalinghagang anyo.
 |
tetrahedron trigonal angular
uri AB 4 uri ng pyramid AB 2 (A 2 B)
CH 4 uri AB 3 NH 3 H 2 O
Polarity ng komunikasyon. Ang bono sa pagitan ng mga atomo ng iba't ibang mga electron ay palaging mas polar. Ito ay dahil sa pagkakaiba sa laki at electronegativity ng mga atomo. Halimbawa, sa isang molekula ng hydrogen chloride HCl ang nagbubuklod na ulap ng elektron ay inilipat patungo sa mas electronegative na chlorine atom. Bilang resulta, ang singil ng hydrogen nucleus ay hindi na nabayaran, at ang density ng elektron sa chlorine atom ay nagiging labis kumpara sa singil ng nucleus.
Talahanayan 7
Spatial na pagsasaayos ng mga molekula ABn
| Uri ng hybridization | Bilang ng mga pares ng elektron ng isang atom A | Uri ng molekula | Spatial na pagsasaayos | Mga halimbawa | |
| Mga binder | hindi nagbubuklod | ||||
| sp | AB 2 | linear | BeCl 2 (g) CO 2 | ||
| sp 2 | AB 3 AB 2 | tatsulok na sulok | BCl 3 , CO O 3 | ||
| sp 3 | AB 4 | tetrahedral | CCl 4 , BH ,NH | ||
| AB 3 AB 2 | trigonal-permidal angular | H 3 N, H 3 P H 2 O | |||
| sp 3 d 1 | AB 5 | trigonal-bipyramidal | PF 5 , SbCl 5 |
Sa madaling salita, ang hydrogen atom sa HCl positibong polarized, at ang chlorine atom ay negatibong polarized; ang hydrogen atom ay positibong sisingilin, at ang chlorine atom ay negatibong sisingilin. Ang singil na ito d- tinatawag na mabisa, maaari itong maitatag sa pamamagitan ng eksperimento. Ayon sa magagamit na data, ang epekto
epektibong singil sa hydrogen atom ng molekula HCl ay dH = +0.2, at sa chlorine atom dCl = -0.2 ganap na singil ng isang elektron.
Kaya, ayon sa antas ng pag-aalis (polarization) ng nagbubuklod na ulap ng elektron, ang bono ay maaaring non-polar, polar o ionic. Ang mga non-polar at ionic bond ay mga matinding kaso ng isang polar bond.
Non-polar at polar molecules. Sa nonpolar molecules, ang mga sentro ng gravity ng positibo at negatibong mga singil ay nagtutugma. Ang mga polar molecule ay dipoles, i.e. mga sistemang binubuo ng dalawang magkapareho sa magnitude at magkasalungat sa sign charge ( +q at -q) na matatagpuan sa ilang distansya l mula sa bawat isa, na tinatawag na haba ng dipole. Ang polarity ng isang molekula, pati na rin ang polarity ng isang bono, ay tinatantya ng halaga ng dipole moment nito, na tinutukoy m
m = l q,
saan l ay ang haba ng dipole, q ay ang magnitude ng electric charge.
l ay may halaga ng pagkakasunud-sunod ng diameter ng atom, i.e. 10 -8 cm, at ang singil ng elektron 4,8∙10 -10 email Art. mga yunit, kaya m ay ipinahayag ng isang halaga ng order 10 -18 email Art. mga yunit∙cm. Ang dami na ito ay tinatawag na Debye unit at kinakatawan ng liham D. Sa sistema ng SI ng mga yunit m sinusukat sa mga metro ng palawit (K∙m); 1 D = 0.33∙10 -29 K∙m.
Ang mga halaga ng dipole moment ng mga covalent molecule ay nasa loob 0-4D, ionic 4-11D.
Ang dipole moment ng isang molecule ay ang vector sum ng dipole moments ng lahat ng bond at unbound electron pairs sa isang molekula. Ang resulta ng karagdagan ay depende sa istraktura ng molekula. Halimbawa, isang molekula CO2, dahil sa sp hybridization ng mga orbital ng carbon atom, ay may simetriko linear na istraktura.
(m = 1.84 D o 0,61∙10 -29 K∙M)
Ang kawalan ng isang dipole moment ay nagpapahiwatig ng isang mataas na simetriko na istraktura ng molekula; ang pagkakaroon ng isang dipole moment at ang magnitude nito ay tumutukoy sa kawalaan ng simetrya ng molekula.
Polarizability ng komunikasyon. Upang makilala ang reaktibiti ng mga molekula, mahalagang malaman hindi lamang ang paunang pamamahagi ng density ng elektron, kundi pati na rin ang kadalian ng pagbabago nito. Ang huling sukat ay pagkakasunud-sunod ng bono- ang kakayahang maging polar (o higit pang polar) bilang resulta ng pagkilos dito electric field.
Bilang isang resulta ng polariseysyon, ang isang kumpletong pagkalagot ng bono ay maaaring mangyari sa paglipat ng nagbubuklod na pares ng elektron sa isa sa mga atomo na may pagbuo ng mga negatibo at positibong mga ion. Asymmetric bond breaking na may pagbuo ng hindi katulad na mga ion ay tinatawag heterolytic.
homolytic heterolytic
gap gap
(dissociation) (ionization)
Ang heterolytic cleavage ay naiiba sa pagkasira ng isang bono sa panahon ng pagkabulok ng isang molekula sa mga atomo at mga radikal. Sa huling kaso, ang nagbubuklod na pares ng elektron ay nawasak at ang proseso ay tinatawag homolytic. Alinsunod sa kung ano ang sinabi, ang isa ay dapat na makilala sa pagitan ng proseso ng dissociation at ang proseso ng ionization; kailan HCl ang una ay sinusunod sa panahon ng thermal decomposition nito sa mga atomo, ang pangalawa - sa panahon ng pagkabulok nito sa mga ions sa solusyon.
Sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na electric field, ang molekula ay polarized, i.e. isang muling pamamahagi ng mga singil ay nangyayari sa loob nito at ang molekula ay nakakakuha ng isang bagong halaga ng dipole moment. Sa kasong ito, ang mga non-polar na molekula ay maaaring maging mga polar, at ang mga polar ay nagiging mas polar. Sa madaling salita, sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na electric field, ang isang dipole ay na-induce sa mga molecule, na tinatawag na induced o induced, na umiiral lamang sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na electric field.