Orbitalių hibridizacija

Hibridizãcija, sigmà (σ) kovaleñtinis ryšỹs, pi (π) kovaleñtinis ryšỹs, Hùndo taisỹklė.

Orbitalių hibridizacija

Nagrinėdami atomų sandarą išsiaiškinome jų elektronų konfigūraciją – pasiskirstymą orbitalėse. Palyginę, pavyzdžiui, anglies valentinio sluoksnio vaizdavimą orbitalių diagrama ir Luiso formule (3.4.1 pav.), matome skirtumą. Paveiksle pateikta orbitalių diagrama (3.4.1 pav., a) rodo nesužadinto anglies atomo elektroninę sandarą. Viena elektronų pora yra 2s orbitalėje, o du nesuporuoti elektronai – viena kitai statmenose 2p_x ir 2p_y orbitalėse. Luiso formule (3.4.1 pav., b) anglies valentiniame sluoksnyje rodomi keturi nesuporuoti elektronai.

3.4.1 pav. Skirtingi anglies atomo elektroninės sandaros vaizdavimo būdai. (a) Orbitalių diagrama rodo du nesuporuotus elektronus. (b) Luiso formulė rodo keturis nesuporuotus elektronus.

Daugiau

Orbitalių sp³ hibridizacija

Žinoma, kad metano molekulėje visi keturi cheminiai ryšiai yra vienodi, išsidėstę tetraedro forma, 109° kampais. Atomams jungiantis elektroninė sandara pakinta, valentinio sluoksnio orbitalės supanašėja. Orbitalių supanašėjimas vadinamas hibridizãcija. Susidarant metano molekulei, supanašėja visos keturios valentinio sluoksnio orbitalės, įvyksta sp³ hibridizacija (3.4.2 pav.). Metano molekulės elektroninė sandara ir ryšių apibūdinimas pateiktas 3.4.3 paveiksle. Kaip pavyzdį nagrinėjame anglies atomą, tačiau galima ir kitų atomų orbitalių hibridizacija.

3.4.2 pav. Anglies atomo sp³ hibridizacija. Visos antrojo sluoksnio orbitalės supanašėja – tampa vienodos energijos ir formos. Hibridizacijoje dalyvaujančios orbitalės pažymėtos žaliu punktyru. Žymėjimas sp³ rodo, kad hibridizavosi viena s ir trys p orbitalės. Prisiminkite Hundo taisyklę: vienodos energijos orbitales elektronai užpildo po vieną, tad nebelieka elektronų poros.

3.4.3 pav. Metano molekulės elektroninė sandara. Hibridinės orbitalės (pažymėtos mėlynai) yra ištempto baliono formos ir išsidėsto simetriškai, taisyklingosios piramidės – tetraedro – forma. Hibridinės anglies atomo orbitalės susijungia su vandenilio atomų 1s orbitalėmis – susidaro kovalentiniai sigmà (σ) tipo ryšiai. Sigma kovalentiniams ryšiams būdinga tai, kad orbitalių susijungimo vieta yra branduolius jungiančioje linijoje.

Daugiau

Orbitalių sp² hibridizacija

Jei atomo orbitalės hibridizavosi sp³ būdu, gali susidaryti tik viengubieji kovalentiniai ryšiai. Eteno CH₂=CH₂ molekulėje anglies atomai sujungti dvigubuoju ryšiu. Šioje molekulėje yra sp² tipo orbitalių hibridizacija (3.4.4 pav.).

3.4.4 pav. Anglies atomo sp² hibridizacija. Supanašėja trys antrojo sluoksnio orbitalės. Viena p orbitalė lieka abipus branduolio ištemptų rutulių formos. Hibridizacijoje dalyvaujančios orbitalės pažymėtos žaliu punktyru. Hibridinių orbitalių energija yra artima p orbitalių energijai. Tarp sp² ir p orbitalių mažas energijos skirtumas. Todėl visas – tiek hibridines, tiek nehibridines – valentinio sluoksnio orbitales elektronai užpildo po vieną.

Dvigubasis (3.4.5 pav.) ryšys sudarytas iš vieno sigmà (σ) rỹšio (galais susijungia hibridinės sp² orbitalės) ir vieno pi (π) rỹšio (likusios nehibridinės p orbitalės susijungia šonais). Atkreipkite dėmesį, kad pi (π) ryšys tarsi apglėbia iš abiejų pusių sigma (σ) ryšį ir yra virš ir po plokštuma, kurioje išsidėsčiusios hibridinės orbitalės. Dėl tokio išsidėstymo pi ryšys yra silpnesnis (lengviau nutraukiamas) ir reaktyvesnis už sigma ryšį.

3.4.5 pav. Eteno molekulės elektroninė sandara. Hibridinės sp² orbitalės (pažymėtos mėlynai) išsidėsto vienoje plokštumoje ir sudaro sigma ryšius. Likusios nehibridinės p orbitalės išsidėsto statmenai plokštumai ir susijungia šonais, abipus anglies branduolius jungiančios linijos. Tai pi (π) ryšys.

Daugiau

Orbitalių sp hibridizacija

Etino HC≡CH molekulėje yra trigubasis kovalentinis ryšys. Jis sudarytas iš vieno sigma ir dviejų pi ryšių. Tokiam ryšiui susidaryti reikia, kad kiekvienas anglies atomas turėtų po dvi nehibridines p orbitales, tad hibridizacijoje dalyvauja tik viena s ir viena p orbitalė. Etino molekulės elektroninė sandara parodyta 3.4.6 paveiksle.

3.4.6 pav. Etino HC≡CH molekulės elektroninė sandara. Anglies atomai sujungti vienu sigma ir dviem pi ryšiais. Pi ryšiai statmeni vienas kitam, jie apglėbia sigma ryšį.

Klausimai ir užduotys

Azoto N₂ molekulėje azoto atomai sujungti trigubuoju ryšiu N≡N.
1. Sudarykite N₂ molekulės elektroninę (Luiso) formulę.
2. Kokia yra azoto hibridizacija N₂ molekulėje ir kiek sigma bei pi ryšių čia yra?
Kovalentiniai ryšiai pagal skirtingus požymius skirstomi į polinius ir nepolinius; σ (sigma) ir π (pi); viengubuosius, dvigubuosius ir trigubuosius. Metanalio molekulėje yra karbonilo funkcinė grupė C=O. Apibūdinkite ryšius šioje grupėje pagal:
1. ryšį sudarančių elektronų porų skaičių;
2. elektronų porų pasiskirstymo tarp atomų simetriškumą;
3. orbitalių susijungimo tipą.
Sudarykite propeno rūgšties CH₂CHCOOH nesutrumpintąją struktūrinę formulę. Prie kiekvieno ryšio pažymėkite, koks tai ryšys (σ ar π). Nurodykite kiekvieno anglies ir kiekvieno deguonies atomo hibridizacijos tipą.
Sudarykite orbitalių diagramą, kuria būtų parodyta azoto atomo elektroninė sandara: a) nehibridizuoto; b) įvykus sp³ hibridizacijai. Amoniako NH₃ molekulėje azoto hibridizacija yra sp³. Sudarykite brėžinį, kuriuo parodykite amoniako molekulės erdvinę sandarą. Kaip pavyzdžiu pasinaudokite 3.4.3 paveikslu. Vieną orbitalę užima laisvoji elektronų pora.
Vandens molekulėje deguonis yra sp³ hibridizacijos. Sudarykite brėžinį, kuriuo parodykite vandens molekulės erdvinę sandarą. Kaip pavyzdžiu pasinaudokite 3.4.3 paveikslu. Dvi orbitales užima laisvosios elektronų poros.