Ak chcete použiť ukážku prezentácií, vytvorte si Google účet (účet) a prihláste sa: https://accounts.google.com

Popisy snímok:

Hybridizácia atómové orbitály

Linus Carl Pauling

Hybridizácia atómových orbitálov - zmena tvaru a energie orbitálov atómu pri tvorbe kovalentnej väzby za účelom dosiahnutia efektívnejšieho prekrývania orbitálov.

Rôzne orbitály s mierne odlišnými energiami tvoria zodpovedajúci počet hybridných orbitálov. Počet hybridných orbitálov sa rovná počtu atómových orbitálov zapojených do hybridizácie. Hybridné orbitály sú rovnaké v tvare elektrónového oblaku a v energii.

Hybridizácia zahŕňa nielen viazanie elektrónov, ale aj nezdieľané elektrónové páry.

Hybridné orbitály sú v porovnaní s atómovými orbitálmi predĺženejšie v smere vzniku chemické väzby a preto spôsobujú lepšie prekrytie elektrónových oblakov.

Hybridný orbitál je na jednej strane jadra predĺženejší ako na druhej.

Coord. číslo Typ hybridizácie Priestorová konfigurácia molekuly, ktorej centrálny atóm prechádza hybridizáciou Usporiadanie atómov v molekule Príklady zlúčenín 2 sp Lineárny BeCl 2 , CO 2 , HCN 3 sp 2 Trigonálny BF 3 , BCl 3 , NO 3 - , HgI 3 - , CdCl 3 - 4 sp 3 tetraedrický CH 4 , CCl 4 , Xe04 , HgI 4 - ,

sp hybridizácia je hybridizácia, na ktorej sa zúčastňujú atómové orbitály jedného s a jedného p elektrónu

Počas procesu hybridizácie sa vytvoria 2 hybridné orbitály, ktoré sú navzájom orientované pod uhlom 180°

Koncept sp hybridizácie orbitálov možno použiť na vysvetlenie lineárnej formy molekuly BeH 2, v ktorej je atóm berýlia tvorený hybridnými sp orbitálmi.

Tvorba molekuly fluoridu berýlia. Každý atóm fluóru, ktorý je súčasťou tejto molekuly, má jeden nepárový elektrón, ktorý sa podieľa na tvorbe kovalentnej väzby.

Atóm berýlia v neexcitovanom stave nemá nespárované elektróny: Preto, aby sa mohol podieľať na tvorbe chemických väzieb, atóm berýlia musí prejsť do excitovaného stavu:

s vynaložením určitej energie môžu namiesto pôvodných s - a p-orbitálov atómu berýlia vzniknúť dva ekvivalentné hybridné orbitály (sp - orbitály).

Príklady chemické zlúčeniny, ktoré sa vyznačujú sp-hybridizáciou: BeCl 2, BeH 2, CO, CO 2, HCN, karabín, acetylénové uhľovodíky (alkíny).

sp 2 -hybridizácia - hybridizácia, na ktorej sa podieľajú atómové orbitály jedného s - a dvoch p-elektrónov

V dôsledku hybridizácie sa vytvoria tri hybridné orbitály sp 2 umiestnené v rovnakej rovine pod uhlom 120 ° navzájom

Tento typ hybridizácie je pozorovaný v molekule BCI3.

sp 2 - hybridizácia atómu bóru v molekule fluoridu boritého. Tu namiesto pôvodného s - a dva p-orbitály excitovaného atómu bóru

vzniknú tri ekvivalentné sp 2 orbitály. Preto je molekula postavená vo forme pravidelného trojuholníka, v strede ktorého je atóm bóru a vo vrcholoch sú atómy fluóru.

Príklady zlúčenín, v ktorých je pozorovaná hybridizácia sp 2: SO 3, BCl 3, BF 3, AlCl 3, CO 3 2-, NO 3 -, grafit, etylénové uhľovodíky (alkény), karboxylové kyseliny a aromatické uhľovodíky (arény).

sp 3 - hybridizácia - hybridizácia, na ktorej sa podieľajú atómové orbitály jedného s - a troch p-elektrónov

Štyri hybridné orbitály sp 3 sú symetricky orientované v priestore pod uhlom 109°28"

nie vždy priestorová konfigurácia molekuly zodpovedá štvorstenu, závisí to od počtu atómov v molekule. Príkladom toho sú molekuly vody a amoniaku NH3.

Valencia atómu dusíka je III, jeho päť elektrónov vonkajšej úrovne zaberá štyri orbitály, čo znamená, že typ hybridizácie je sp 3, ale na tvorbe chemickej väzby sa podieľajú iba tri orbitály. Štvorsten bez jedného vrcholu sa zmení na pyramídu. Preto má molekula amoniaku pyramídový tvar molekuly, väzbový uhol je skreslený na 107°30′.

kyslík v molekule vody je v hybridnom stave sp 3 a tvar molekuly je uhlový, väzbový uhol je 104°27′.

Príklady zlúčenín, ktoré sú charakterizované sp 3 hybridizáciou: H 2 O, NH 3, POCl 3, SO 2 F 2, SOBr 2, NH 4+, H 3 O +, diamant, nasýtené uhľovodíky (alkány, cykloalkány).

Pokračovanie. Na začiatok viď № 15, 16/2004

Lekcia 5
atómové orbitály uhlíka

Kovalentná chemická väzba sa vytvára pomocou spoločných väzbových elektrónových párov typu:

Vytvorte chemickú väzbu, t.j. iba nepárové elektróny môžu vytvoriť spoločný elektrónový pár s „cudzím“ elektrónom z iného atómu. Pri písaní elektronických vzorcov sa v orbitálnej bunke jeden po druhom nachádzajú nepárové elektróny.
atómový orbitál je funkcia, ktorá popisuje hustotu elektrónového oblaku v každom bode priestoru okolo jadra atómu. Elektrónový oblak je oblasť vesmíru, v ktorej sa s vysokou pravdepodobnosťou nachádza elektrón.
Na harmonizáciu elektrónovej štruktúry atómu uhlíka a valencie tohto prvku sa používajú koncepty excitácie atómu uhlíka. V normálnom (neexcitovanom) stave má atóm uhlíka dva nepárové 2 R 2 elektróny. V excitovanom stave (keď je energia absorbovaná) jeden z 2 s 2-elektróny môžu prejsť na voľné R- orbitálny. Potom sa v atóme uhlíka objavia štyri nepárové elektróny:

Pripomeňte si to v elektronický vzorec atóm (napríklad pre uhlík 6 C - 1 s 2 2s 2 2p 2) veľké čísla pred písmenami - 1, 2 - označujú číslo úrovne energie. Listy s A R označujú tvar elektrónového oblaku (orbitálov) a čísla vpravo nad písmenami označujú počet elektrónov v danom orbitále. Všetky s- sférické orbitály:

Na druhej energetickej úrovni okrem 2 s- existujú tri orbitály 2 R-orbitály. Tieto 2 R-orbitály majú elipsoidný tvar, podobný činkám, a sú orientované v priestore pod uhlom 90° navzájom. 2 R-Orbitály označujú 2 p x, 2r y a 2 pz podľa osí, pozdĺž ktorých sa tieto orbitály nachádzajú.

Keď sa vytvárajú chemické väzby, elektrónové orbitály nadobúdajú rovnaký tvar. Áno, v nasýtené uhľovodíky zmiešaný s-orbitálne a tri R-orbitály atómu uhlíka tvoria štyri identické (hybridné) sp 3-orbitály:

toto - sp 3 - hybridizácia.
Hybridizácia– zarovnanie (miešanie) atómových orbitálov ( s A R) so vznikom nových atómových orbitálov, tzv hybridné orbitály.

Hybridné orbitaly majú asymetrický tvar, predĺžený smerom k pripojenému atómu. Elektrónové oblaky sa navzájom odpudzujú a nachádzajú sa vo vesmíre čo najďalej od seba. V rovnakej dobe, osí štyri sp 3-hybridné orbitály ukazujú, že smerujú k vrcholom štvorstenu (pravidelná trojuholníková pyramída).
V súlade s tým sú uhly medzi týmito orbitálmi štvorstenné, rovné 109°28".
Vrcholy elektrónových orbitálov sa môžu prekrývať s orbitálmi iných atómov. Ak sa elektrónové oblaky prekrývajú pozdĺž čiary spájajúcej stredy atómov, potom sa takáto kovalentná väzba nazýva sigma()-väzba. Napríklad v molekule C2H6 etánu sa vytvorí chemická väzba medzi dvoma atómami uhlíka prekrytím dvoch hybridných orbitálov. Toto je spojenie. Okrem toho každý z atómov uhlíka so svojimi tromi sp 3-orbitály sa prekrývajú s s-orbitály troch atómov vodíka, tvoriace tri -väzby.

Celkovo sú pre atóm uhlíka možné tri valenčné stavy s rôznymi typmi hybridizácie. Okrem sp Existuje 3-hybridizácia sp 2 - a sp-hybridizácia.
sp 2 -Hybridizácia- miešanie jedného s- a dve R-orbitály. V dôsledku toho tri hybridné sp 2 -orbitály. Títo sp 2 orbitály sú umiestnené v rovnakej rovine (s osami X, pri) a smerujú k vrcholom trojuholníka s uhlom medzi orbitálmi 120°. nehybridizované
R-orbital je kolmý na rovinu troch hybridov sp 2 orbitály (orientované pozdĺž osi z). Horná polovica R-orbitály sú nad rovinou, spodná polovica je pod rovinou.
Typ sp 2-hybridizácia uhlíka sa vyskytuje v zlúčeninách s dvojitou väzbou: C=C, C=O, C=N. Okrem toho len jedna z väzieb medzi dvoma atómami (napríklad C=C) môže byť väzbou. (Ostatné väzbové orbitály atómu sú nasmerované v opačných smeroch.) Druhá väzba vzniká v dôsledku prekrytia nehybridných R-orbitály na oboch stranách čiary spájajúcej jadrá atómov.

Kovalentná väzba vytvorená bočným prekrytím R-orbitály susedných atómov uhlíka sa nazývajú pi()-väzba.

Vzdelávanie - komunikácie

V dôsledku menšieho prekrývania orbitálov je -väzba menej pevná ako -väzba.
sp-Hybridizácia je zmiešanie (zosúladenie formy a energie) jedného s- a jeden
R-orbitály s tvorbou dvoch hybridov sp-orbitály. sp- Orbitály sú umiestnené na rovnakej línii (v uhle 180 °) a nasmerované do protiľahlé strany z jadra atómu uhlíka. Dva
R-orbitály zostávajú nehybridizované. Sú umiestnené kolmo na seba.
smery - spoje. Na obrázku sp- orbitály sú znázornené pozdĺž osi r, a nehybridizované dva
R-orbitály - pozdĺž os X A z.

Trojitá väzba uhlík-uhlík CC pozostáva z -väzby, ktorá vzniká pri prekrývaní
sp-hybridné orbitály a dve väzby.
Vzťah medzi takými parametrami atómu uhlíka, ako je počet pripojených skupín, typ hybridizácie a typy vytvorených chemických väzieb, je uvedený v tabuľke 4.

Tabuľka 4

Kovalentné väzby uhlíka

Počet skupín súvisiace s uhlíkom	Typ hybridizácia	Typy zúčastňujúci sa chemické väzby	Príklady vzorcov zlúčenín
4	sp 3	Štyri - spojenia
3	sp 2	Tri - pripojenia a jedným je spojenie
2	sp	Dve - spojenia a dve spojenia	H-CC-H

Cvičenia.

1. Aké elektróny atómov (napríklad uhlíka alebo dusíka) sa nazývajú nepárové?

2. Čo znamená pojem „zdieľané elektrónové páry“ v zlúčeninách s kovalentnou väzbou (napríklad CH 4 alebo H 2 S )?

3. Aké sú elektronické stavy atómov (napríklad C alebo N ) sa nazývajú základné a ktoré sú nadšené?

4. Čo znamenajú čísla a písmená v elektronickom vzorci atómu (napríklad C alebo N )?

5. Čo je atómový orbitál? Koľko orbitálov je v druhej energetickej hladine atómu C a ako sa líšia?

6. Aký je rozdiel medzi hybridnými orbitálmi a pôvodnými orbitálmi, z ktorých vznikli?

7. Aké typy hybridizácie sú známe pre atóm uhlíka a aké sú?

8. Nakreslite obrázok priestorového usporiadania orbitálov pre jeden z elektrónových stavov atómu uhlíka.

9. Ako sa nazývajú chemické väzby a čo? Uveďte-A-spojenia v spojeniach:

10. Pre atómy uhlíka nižšie uvedených zlúčenín uveďte: a) typ hybridizácie; b) typy jeho chemických väzieb; c) väzbové uhly.

Odpovede na cvičenia k téme 1

Lekcia 5

1. Elektróny, ktoré sú jeden na orbitál, sa nazývajú nepárové elektróny. Napríklad vo vzorci elektrónovej difrakcie excitovaného atómu uhlíka sú štyri nepárové elektróny a atóm dusíka má tri:

2. Nazývajú sa dva elektróny podieľajúce sa na tvorbe jednej chemickej väzby spoločný elektrónový pár. Zvyčajne, pred vytvorením chemickej väzby, jeden z elektrónov tohto páru patril k jednému atómu a druhý elektrón patril inému atómu:

3. Elektrónový stav atómu, v ktorom sa pozoruje poradie plnenia elektronických orbitálov: 1 s 2 , 2s 2 , 2p 2 , 3s 2 , 3p 2 , 4s 2 , 3d 2 , 4p 2 atď hlavný štát. IN vzrušený stav jeden z valenčných elektrónov atómu zaberá voľný orbitál s viacerými vysokoenergetický, takýto prechod je sprevádzaný separáciou párových elektrónov. Schematicky je to napísané takto:

Kým v základnom stave boli len dva valenčné nepárové elektróny, v excitovanom stave sú takéto elektróny štyri.

5. Atómový orbitál je funkcia, ktorá popisuje hustotu elektrónového oblaku v každom bode priestoru okolo jadra daného atómu. Na druhej energetickej úrovni atómu uhlíka sú štyri orbitály - 2 s, 2p x, 2r y, 2pz. Tieto orbitály sú:
a) tvar elektrónového oblaku ( s- lopta, R- činka);
b) R-orbitály majú rôznu orientáciu v priestore - pozdĺž vzájomne kolmých osí X, r A z, sú označené p x, r y, pz.

6. Hybridné orbitály sa od pôvodných (nehybridných) orbitálov líšia tvarom a energiou. Napríklad, s-orbitálny - tvar gule, R- symetrická osmička, sp-hybridný orbitál - asymetrická osmička.
Energetické rozdiely: E(s) < E(sp) < E(R). teda sp-orbitál - orbitál spriemerovaný tvarom a energiou, získaný zmiešaním iniciál s- A p-orbitály.

7. Pre atóm uhlíka sú známe tri typy hybridizácie: sp 3 , sp 2 a sp (pozri text lekcie 5).

9. -väzba - kovalentná väzba vytvorená čelným prekrytím orbitálov pozdĺž čiary spájajúcej stredy atómov.
-väzba - kovalentná väzba vytvorená bočným prekrytím R-orbitály na oboch stranách čiary spájajúcej stredy atómov.
- Väzby sú znázornené druhou a treťou čiarou medzi spojenými atómami.

Lekcia chémie na túto tému:

Hybridizácia elektrónových orbitálov. Geometria molekúl

Táto lekcia je určená pre žiakov 11. ročníka.saštudenti študujúci chémiu v rámci programu Gabrielyan O.S. podľa učebnice „Chémia. Grade 11“, autori O.S. Gabrielyan a kol., vydavateľstvo „Drofa“, 2006“.

Všestrannosť tohto vývoja spočíva v tom, že ho môžu úspešne využiť učitelia pracujúci na programoch iných autorov vo všeobecnovzdelávacích a špecializovaných triedach.

Prezentovaná práca zahŕňa: technologická mapa hodina chémie v 11. ročníku s prihláškami a elektronickou prezentáciou. Originalitu práce určujú interaktívne vložky v prezentácii, využitie informácií z internetu a zároveň nezávislosť od internetu počas vyučovacej hodiny. Ilustrácie zaradené z rôznych zdrojov, ich kombinácia a spôsob prezentácie umožňujú v plnej miere implementovať medziodborové súvislosti do hodiny, formovať vedecký svetonázor a vštepovať žiakom lásku ku kráse.

Vývoj môže byť použitý ako Toolkit. Je navrhnutý tak, aby pomohol začínajúcemu učiteľovi chémie, ako aj učiteľovi, ktorý sa predstavuje informačné technológie vo vyučovaní chémie.

Ciele lekcie:

Odhaliť univerzálny charakter hybridizačného procesu pre organické, komplexné anorganické látky a alotropné modifikácie uhlíka.

Ukážte závislosť geometrie molekúl od typu hybridizácie elektrónových orbitálov a vlastností látok od geometrie molekúl.

Upozorniť študentov na vplyv základných zákonov prírody a štruktúrnych vlastností molekúl na existujúci poriadok a krásu vo svete.

Vybavenie: PC, multimediálny projektor, plátno, elektronická prezentácia. Guľôčkové modely molekúl metánu, pentánu, grafitu, diamantu, etylénu, acetylénu, modely molekúl z balónov, geometrické modely štvorstenu a trojuholníkovej pyramídy. Demonštračná tabuľka „Alotropické modifikácie uhlíka“, fotografie zobrazujúce molekuly a kryštály, referáty študentov, portrét L. Paulinga.

Plán lekcie

I. Podstata hybridizácie elektrónových orbitálov, jej mechanizmus.

II. Z histórie problému. Pauling L. - veľký chemik 20. storočia, jeho zásluhy pri štúdiu a popise štruktúr molekúl.

III. Geometria molekúl organických a anorganických látok v dôsledku:

sp 3 __ hybridizácia;

sp 2 __ hybridizácia;

sp - hybridizácia.

Úloha na lekciu: zopakovať hybridizáciu elektrónových orbitálov atómu uhlíka, vlastnosti chemickej väzby. 1 študent pripravuje elektronickú prezentáciu "Život a dielo L. Paulinga."

Dekorácia dosky

Pokrok v lekcii

ja Organizovanie času . Snímka číslo 1.

II. Rozhovor o domácej úlohe (6 min). Snímka číslo 2, vzorce látok na tabuli.

Aké vlastnosti kovalentnej väzby sme skúmali v minulej lekcii? (dĺžka, E, sila, sýtosť)

Čo je to dĺžka väzby a od čoho závisí? (v závislosti od veľkosti atómu a množstva väzieb)

Čo je väzbová energia a od čoho závisí? (množstvo energie potrebnej na prerušenie väzby; závisí od sily väzby)

Čo je pevnosť väzby a od čoho závisí? (na akom spojení je ? alebo ? a ktoré oblaky sa prekrývajú - hybridné alebo nehybridné)

Ako súvisia vlastnosti kovalentnej väzby? (čím dlhšia dĺžka, tým nižšia sila a energia)

Ako sa mení dĺžka väzby v molekulách halogenovodíka (pozri na tabuli - 1. stĺpec) a prečo? (zvyšuje sa so zvyšujúcou sa veľkosťou atómu)

Ktoré z uvedených spojení (na doske) je najsilnejšie? (HF)

Halogenidy vodíka sa rozpúšťajú vo vode za vzniku kyselín. Ktorá z týchto kyselín je najsilnejšia a prečo? (HJ, pretože kyslosť je schopnosť uvoľňovať H + , HJ má najslabšiu väzbu)

Ktorá kyselina je najslabšia? (HF - kyselina fluorovodíková, rozpúšťa sklo)
Záver : Vlastnosti látky závisia od veľkosti atómov, ktoré ich tvoria.

Ako sa mení pevnosť väzby v rade uhľovodíkov (pozri 2. stĺpec na tabuli) a od čoho to závisí? (zhora nadol sa pevnosť spoja zvyšuje, pretože sa zvyšuje násobnosť a znižuje sa dĺžka)

Ako to ovplyvňuje vlastnosti týchto látok? (pre alkány majúce iba?-väzby sú charakteristické substitučné reakcie, pre alkény s?-väzbami - adície a pre alkíny - adičné reakcie a substitučné reakcie atómov vodíka v trojitej väzbe)

Na príklade molekúl jednoduchých látok chlór, kyslík, dusík (pozri na tabuli - 3. stĺpec) vysvetlite, ako štruktúra ich molekúl ovplyvňuje ich vlastnosti. (nenachádza sa voľný chlór - jednoduchá väzba, kyslík vo vzduchu 21% - dvojitá väzba, dusík vo vzduchu 78%, inertná látka - trojitá väzba)
Záver : Vlastnosti organických a anorganických látok závisia od násobnosti väzieb.

Ako saturácia väzby ovplyvňuje vlastnosti látok (pozri na tabuli - 4. stĺpec) (metán nemá nenasýtené väzby, amoniak a voda majú nenasýtené väzby, preto sú to dipóly).
Záver : Vlastnosti látok závisia od vlastností kovalentnej väzby.

II. Študovať Nová téma

№ pp

Záver . Mali by sme byť hrdí na to, že žijeme v Rusku, kde žili a pracovali úžasní vedci a chemici svetového mena. Toto sú Lomonosov M.V. - encyklopedický vedec, Mendeleev D.I. - tvorca periodického zákona, Borodin A.P. - chemik a skladateľ, Butlerov A.M. - tvorca teórie štruktúry organických zlúčenín, Lebedev S.V. - tvorca 1 umelého kaučuku v Rusku a mnoho ďalších ktorí veľkou mierou prispeli k rozvoju chemickej vedy. Ale aj my veľký rešpekt by mal odkazovať na vedcov z iných krajín a medzi nimi je aj Linus Pauling, ktorý je svetoznámy vedec a každý vzdelaný človek by o ňom mal vedieť.

heuristický rozhovor. Na príklade štruktúry molekúl organických látok (uhľovodíkov) a anorganických látok (zlúčeniny kremíka, dusíka, kyslíka, bóru, berýlia; alotropné modifikácie uhlíka) učiteľ ukazuje univerzálnosť pojmu „hybridizácia“ a tzv. závislosť geometrie molekúl od hybridizácie a vlastnosti látok od geometrie molekúl. Počas rozhovoru sa žiaci oboznamujú s geometriou molekúl anorganických látok a vplyvom nezdieľaných elektrónových párov na ich vlastnosti.

IV. Domáca úloha : §7, poznámky do zošita, pripravte sa na testovanie (viď. ).

Zoznam použitých zdrojov :

Gabrielyan O.S. atď. Príručka učiteľa. Chémia. 11. ročník: O 14. hodine - M .: Drop, 2003.

Ilčenko V.R. Križovatka fyziky, chémie a biológie. – M.: Osveta, 1986.

CD" virtuálna škola Cyrila a Metoda“ Hodiny biológie. Zvieratá.

CD “Virtuálna škola Cyrila a Metoda” Hodiny biológie. Všeobecná biológia.

CD “Virtuálna škola Cyrila a Metoda” Hodiny chémie. 10-11 ročníkov.

Vysvetliť fakty, keď sa tvorí atóm viac väzieb, než je počet nepárových elektrónov v jeho základnom stave (napríklad atóm uhlíka), využíva sa postulát hybridizácie atómových orbitálov blízko energie. AO hybridizácia nastáva po vytvorení kovalentnej väzby, ak sa dosiahne účinnejšie orbitálne prekrytie. Hybridizácia atómu uhlíka je sprevádzaná jeho excitáciou a prenosom elektrónov z 2s- na 2p-AO:

AO s veľkým rozdielom energie (napríklad 1s a 2p) nevstupujú do hybridizácie. V závislosti od počtu p-AO zapojených do hybridizácie sú možné nasledujúce typy hybridizácie: pre atómy uhlíka a dusíka sp3, sp2 a sp; pre atóm kyslíka - sp3, sp2; pre halogény - sp3.

Osi sp3-hybridných orbitálov smerujú k vrcholom pravidelného štvorstenu. Tetraedrický uhol medzi nimi je 109°28", čo zodpovedá najnižšej energii odpudzovania elektrónov.

Sp2 hybridizácia (trigonálna rovina) Jeden s- a dva p-orbitály sa zmiešajú a vytvoria tri ekvivalentné sp2 hybridné orbitály umiestnené v rovnakej rovine pod uhlom 120° Môžu vytvárať tri s-väzby. Tretí p-orbitál zostáva nehybridizovaný a je orientovaný kolmo na rovinu hybridných orbitálov. Tento p-AO sa podieľa na tvorbe p-väzby.

Táto lekcia vám pomôže získať predstavu o téme „Geometria molekúl. Pojem teórie hybridizácie. Bude odhalená univerzálna povaha hybridizačného procesu pre organické, komplexné anorganické látky a alotropné modifikácie uhlíka. Dozviete sa o závislosti geometrie molekúl od typu hybridizácie elektrónových orbitálov a vlastnostiach látok od geometrie molekúl.

Téma: Úvod do organickej chémie

Lekcia: Geometria molekúl. Pojem teórie hybridizácie

na príklade molekúl s jednoduchými väzbami

Vonkajšia úroveň atóm uhlíka v základnom (neexcitovanom) stave je opísaná vzorcom 2s 2 2p 2 alebo schémou:

2 s

Táto budova obsahuje predpoklady pre svojráz symetria Na štyri elektróny pripadajú presne 4 orbitály. Nemecký vedec Friedrich Kekule ešte v polovici 19. storočia správne naznačil, že v r Organické zlúčeniny valencia uhlíka je štyri.

Z hľadiska elektrónovej štruktúry atómu to možno vysvetliť takto:

Jeden elektrón z 2s-orbitálu „preskočí“ na 2p-orbitál, zatiaľ čo atóm uhlíka prechádza do takzvaného excitovaného stavu:

Vzrušený stav atómu uhlík 2s 1 2p 3:

2 s

umožňuje atómu uhlíka vytvoriť 4 Kovalentné väzby prostredníctvom výmenného mechanizmu.

Tradične sú tri p-orbitály zobrazené vo forme „činiek“ navzájom kolmých a s-orbitál má tvar gule. Tri väzby p-elektrónov musia byť navzájom v uhle 90° a sú podstatne dlhšie ako väzba s-elektrónov. Ale metán CH 4 je symetrický štvorsten.

V roku 1874, mnoho rokov predtým, ako to bolo možné priama definícia Jacob Henrik van't Hoff (1852-1911), študent na univerzite v Utrechte, navrhol, že atóm uhlíka v zlúčeninách má tetraedrickú štruktúru. Štruktúra molekuly metánu CH 4 - pravidelný štvorsten s atómom uhlíka v strede. Valenčné uhly H-C-H väzby sa rovnajú 109 približne 28 '.

Zjednodušené vysvetlenie: všetky orbitály vonkajšej úrovne uhlíka sa energeticky a tvarovo zhodujú, t.j. „hybridizovať“ za vzniku identických hybridných orbitálov. Pozri obr. 1.

Ryža. 1. Hybridizácia je miešanie elektrónových oblakov pri tvorbe chemických väzieb

Miešanie jedna s-orbitály a tri p-orbitály dáva štyri sp 3-hybridné orbitály predĺžené v rohoch štvorstenu s atómom C v strede. Uhlík v metáne je v stave sp 3 hybridizácie. Ryža. 2.

Ryža. 2. Štruktúra metánu

Štruktúra amoniaku

Rovnakým spôsobom hybridizujú štyri orbitály atómu dusíka molekula amoniaku NH3: Atóm dusíka má vo svojej vonkajšej úrovni 5 elektrónov. Preto na jednom orbitáli sp 3 je osamelý pár elektrónov a na druhom tri - páry elektrónov NH väzby. Všetky štyri elektrónové páry sú umiestnené v rohoch skresleného štvorstenu (elektrónový oblak osamelého páru je väčší ako väzbový pár). Ryža. 3

Ryža. 3. Štruktúra amoniaku

Štruktúra vody

Atóm kyslíka má na svojej vonkajšej úrovni 6 elektrónov. Preto sú osamelé páry elektrónov umiestnené na dvoch orbitáloch sp 3 a páry elektrónov sú umiestnené na ďalších dvoch O-H väzby. Molekula má uhlovú štruktúru. Ryža. 4.

Ryža. 4. Štruktúra vody

Pri takejto analýze štruktúry molekúl je dôležité nezamieňať geometriu usporiadania elektrónových párov v priestore a geometriu chemických väzieb. Vidíme, že v čpavku a vode sa nie všetky elektrónové páry podieľajú na tvorbe chemických väzieb.

Geometria molekúl alebo chemických väzieb zohľadňuje presne usporiadanie atómov v priestore bez toho, aby popisovala usporiadanie nezdieľaných elektrónových párov. Elektrónové oblaky hybridných orbitálov sa snažia navzájom zatlačiť čo najďalej. Ak existujú štyri oblaky, budú sa rozchádzať v rohoch štvorstenu, tri - budú umiestnené v rovine pod uhlom 120 °.

Štruktúra molekulyBF 3

Vonkajšia úroveň atómu bóru má 3 elektróny. Keď sa vytvárajú väzby, bór, podobne ako uhlík, prechádza do excitovaného stavu. Jeden s- a dva p-orbitály, ktoré majú elektróny, hybridizujú a vytvoria tri identické hybridné orbitály sp2, umiestnené v rohoch rovnostranného trojuholníka s atómom bóru v strede. Ryža. 5

Ryža. 5. Štruktúra troch fluoridov bóru

Záver: Geometria molekúl zohľadňuje usporiadanie atómov v priestore bez opisu usporiadania osamelých elektrónových párov. Štruktúra molekuly vody pozostávajúca z troch atómov teda nie je štvorstenná, ale uhlová.

Zhrnutie lekcie

Máte predstavu o téme „Geometria molekúl. Pojem teórie hybridizácie. Bola odhalená univerzálna povaha hybridizačného procesu pre organické, komplexné anorganické látky a alotropné modifikácie uhlíka. Dozvedeli ste sa o závislosti geometrie molekúl od typu hybridizácie elektrónových orbitálov a vlastnostiach látok od geometrie molekúl.

Bibliografia

1. Rudzitis G.E. Chémia. Základy všeobecná chémia. 10. ročník: učebnica pre vzdelávacie inštitúcie: základná úroveň/ G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. vydanie. - M.: Vzdelávanie, 2012.

2. Chémia. 10. ročník Úroveň profilu: štúdie. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin a ďalší - M.: Drofa, 2008. - 463 s.

3. Chémia. 11. ročník Úroveň profilu: učebnica. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin a ďalší - M.: Drofa, 2010. - 462 s.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Zbierka úloh z chémie pre tých, ktorí vstupujú na univerzity. - 4. vyd. - M.: RIA "Nová vlna": Vydavateľstvo Umerenkov, 2012. - 278 s.

Domáca úloha

1. Č. 1-3 (s. 22) Rudzitis G.E. , Feldman F.G. Chémia: Organická chémia. 10. ročník: učebnica pre vzdelávacie inštitúcie: základná úroveň / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. vydanie. - M.: Vzdelávanie, 2012.

2. Prečo pri rovnakom type hybridizácie (akej?) majú molekuly metánu a amoniaku rozdielne priestorové štruktúry?

3. Aký je rozdiel medzi základným stavom atómu uhlíka a excitovaným stavom?