A pályák hibridizációja

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt hozzászólók, és jelentősen eltérhet a 2018. december 23-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 19 szerkesztést igényelnek .

Az orbitális hibridizáció  egy hipotetikus folyamat, amelynek során egy többatomos molekula központi atomjának különböző atomi pályái (s, p, d, f) keverednek azonos pályák megjelenésével, amelyek szabályaikban egyenértékűek. A hibridpályák közötti szög sp 3 hibridizáció esetén 109,5°, sp 2  esetén 120°, sp 2  esetén 180°.

A hibridizáció fogalma

" A vegyérték atompályák hibridizációjának koncepcióját " Linus Pauling amerikai kémikus javasolta 1931 - ben annak a kérdésnek a megválaszolására, hogy ha a központi atomnak különböző (s, p, d) vegyértékpályái vannak, akkor miért alakulnak ki kötések a többatomos molekulákban. ugyanazokkal a ligandumokkal egyenértékűek energia- és térbeli jellemzőiben.

A hibridizációval kapcsolatos ötletek központi szerepet töltenek be a vegyértékkötések módszerében . Maga a hibridizáció nem valódi fizikai folyamat, hanem csak egy kényelmes modell, amely lehetővé teszi a molekulák elektronszerkezetének magyarázatát, különösen az atompályák hipotetikus módosulását kovalens kémiai kötés kialakulása során , különösen a kémiai kötések összehangolását . kötéshosszak és kötésszögek egy molekulában.

A hibridizáció fogalmát sikeresen alkalmazták egyszerű molekulák kvalitatív leírására, de később kiterjesztették bonyolultabbakra is. A molekuláris pályák elméletétől eltérően ez nem szigorúan kvantitatív, például még olyan egyszerű molekulák, mint a víz , fotoelektronspektrumát sem képes megjósolni . Jelenleg elsősorban módszertani célokra és a szintetikus szerves kémiában használják .

1954-ben a Nobel -bizottság kémiai díjat adományozott L. Paulingnak "A kémiai kötés természetének tanulmányozásáért és alkalmazásáért az összetett molekulák szerkezetének magyarázatára". Maga L. Pauling azonban nem elégedett meg a σ, π bevezetésével - a kettős és hármas kötések és konjugált rendszerek leírása.

1958 -ban a német szerves vegyész, F. A. Kekule emlékének szentelt szimpóziumon L. Pauling kidolgozta a hajlított kémiai kötés elméletét , figyelembe véve az elektronok Coulomb-taszítását . Ezen elmélet szerint a kettős kötést két görbe kémiai kötés kombinációjaként írták le, a hármas kötést pedig három görbe kémiai kötés kombinációjaként. [egy]

Ezt az elvet tükrözte az elektronpárok taszításának Gillespie-Nyholm elmélete , amelynek első és legfontosabb szabálya a következőképpen fogalmazódott meg:

„ Az elektronpárok olyan elrendezést vesznek fel az atom vegyértékhéján, amelyben maximálisan eltávolodnak egymástól, azaz az elektronpárok úgy viselkednek, mintha taszítanák egymást” [2] .

A második szabály az volt, hogy "a vegyértékelektronhéjban lévő összes elektronpárt az atommagtól azonos távolságra lévőnek kell tekinteni" . [2]

A hibridizáció típusai

sp hibridizáció

Az sp hibridizációban a szén gerjesztett s pályája a három 2p pálya közül csak az egyikkel keveredik. Ezt sp-hibridizációnak nevezik, mivel két orbitál (egy s és egy p) keveredik: A kapott két sp-hibridizált pályát ezután lineáris geometriában (180°), a két nem hibridizált 2p pályát pedig 90°-os szögben rendezik el. szög: Lássuk, ahogy az acetilénnél - C2H2 történik. Két szénatom szigma kötést alkot, átfedve az sp pályákat. Minden szénatomhoz egy hidrogénkötés kötődik, átfedve annak pályáját egy másik pályával. Mindegyik szén két p pályája átfedi egymást, két π kötést képezve. Az sp hibridizáció és a hármas kötés fő paraméterei: * Minden atom lineáris szerkezetű; * Az atomok közötti szög 180°; * A hármas kötésnek egy σ (szigma) és két π (pi) kötése van.

sp 2 hibridizáció

Ez a típusú hibridizáció akkor következik be, ha egy s- és két p-pálya keveredik. Három hibrid pályát képeznek, amelyek tengelyei ugyanabban a síkban helyezkednek el , és a háromszög csúcsaira irányulnak 120°-os szögben. A nem hibrid p-atomi pálya merőleges a síkra, és általában részt vesz a π-kötések kialakításában.

sp 3 hibridizáció

Ez a fajta hibridizáció akkor következik be, ha egy s- és három p-pálya keveredik, négy azonos alakú és energiájú sp 3 hibrid pályát hozva létre.

Az sp 3 -hibrid pályák tengelyei a tetraéder csúcsaira irányulnak , míg a központi atom magja ennek a tetraédernek a leírt gömbjének közepén helyezkedik el. A két tengely közötti szög megközelítőleg 109°28' [3] , ami a legalacsonyabb elektrontaszítási energiának felel meg. Ezenkívül az sp 3 -pályák négy σ-kötést képezhetnek más atomokkal, vagy megtelhetnek magányos elektronpárokkal. Ez az állapot jellemző a telített szénhidrogének szénatomjaira, és ennek megfelelően az alkilcsoportokra és származékaikra.

Molekulák hibridizációja és geometriája

Az atomi pályák hibridizációjának gondolata az elektronpárok taszításának Gillespie-Nyholm elméletének alapja . A hibridizáció minden típusa megfelel a központi atom hibrid pályáinak szigorúan meghatározott térbeli orientációjának, ami lehetővé teszi, hogy a szervetlen kémiában a sztereokémiai fogalmak alapjaként használják fel.

A táblázat példákat mutat be a hibridizáció leggyakoribb típusai és a molekulák geometriai szerkezete közötti megfelelésre, feltételezve, hogy minden hibridpálya részt vesz a kémiai kötések kialakításában (nincs megosztott elektronpár) [4] .

A hibridizáció típusa
Hibridpályák száma		 Geometria Szerkezet Példák
sp 2 Lineáris

BeF 2 , CO 2 , NO 2 +

sp 2 3 háromszög alakú

BF 3 , NO 3 - , CO 3 2-

sp 3 , d 3 s négy tetraéderes

CH 4 , ClO 4- , SO 4 2- , NH 4+

dsp2_ _ négy lapos négyzet [Ni(CN) 4 ] 2- [PdCl 4 ] 2-
sp 3 d 5 Trigonális bipiramis PCl 5 , AsF 5
sp 3 d 2 , d 2 sp 3 6 Oktaéder SF 6 , Fe(CN) 6 3- , CoF 6 3-

Jegyzetek

  1. ↑ Szerkesztette: R. Kh. Freidlina. Elméleti szerves kémia. - per. angolról. folypát. chem. tudományok Yu.G.Bundel. - M . : Külföldi Irodalmi Kiadó, 1963. - T. 1. - S. 11. - 365 p.
  2. ↑ 1 2 Gillespie R. Molekulák geometriája / Per. angolról. E. Z. Zasorina és V. S. Mastryukov, szerk. Yu. A. Pentina. - M . : Mir, 1975. - S. 18-19. — 278 p.
  3. ↑ Elméletileg ez a szabályos tetraéder szöge arccos(-1/3)≈109°28'.
  4. ↑ Itt A a központi atom, X a hibrid kötőpályák

Irodalom

Linkek