Elfimov a, kémiai kötés és szerkezete molekulák, „Chemistry” magazin száma 27

A hibridizáció atomi pályák

Tekintsük a kialakított kémiai kötésen a molekulában VeF2.

A a kötés képzésében részt vevő 2S- és az orbitális 2px gerjesztett berillium atom (ábra. 8a), amely átfedi a megfelelő 2p pályák a fluoratommal. A természet az átfedés legyen, hogy a kötés által kialakított 2px orbitális berillium, legyen erősebb, mint a kötést a 2s orbitális. Az irány kialakulása az első kapcsolat szigorúan meghatározott - az x tengely mentén. 2s-orbitális átfedés van előnye minden irányban, úgy, hogy a szög a kötések a molekulában VeF2 változó lehet.

Ábra. 8. A formáció hibrid pályák SP-y1 és y2 (plusz és mínusz - jelei a hullám funkció)

Azonban, ezek a megállapítások ellentétesek a kísérleti adatok, amelyek világosan jelzik, hogy a bezárt szög a kötvények 180 °, és azok egyenlőek. Azt találtuk, hogy az ilyen eltérést az elmélet és a kísérlet megfigyelt, ahol a kapcsolat a központi atom pályák vannak kialakítva a különböző típusú szimmetria (például, s és p, és p d; s, p és d).

Megmagyarázni ezt ellentmondás L.Poling Dzh.Sleyter kidolgozott elmélet hibridizáció. Ennek lényege abban áll, az a tény, hogy a különböző szimmetria energia közeli vegyértéke pályák alakítjuk azonos számú azonos hibrid pályák, amelyek mindegyike egy olyan termék a keverési kiindulási pályák. Hibrid pályák több hosszúkás irányába kialakulását a kémiai kötés, és egy jobb átfedés.

Ebben a példában, az egyik részt vesz a hibridizáció, és egy 2S- 2p orbitális berillium atom. Egy ilyen esetben az úgynevezett SP-hibridizáció. Hibrid pályák lineáris kombinációi az eredeti atomi pályák jelei alkatrészek - „pengék” (2s-szokásos funkcióválasztása plusz jel):

ahol a1. a2. b1. b2 - normalizált együtthatók; ebben az esetben

Ábra. 8b ábra a forma SP-hibrid pályák, grafikusan szerint konstruált képletek (1) és (2). A keverés során a hullám függvények azonos jeleket adunk hozzá, és az ellenkező - levonása után. Ezért a hibrid hullám funkciók erősen deformált tengelye mentén a szimmetria és orientált mentén. A lineáris elrendezése (ábra. 8c) egy minimális taszítás és a minimális energia rendszer.

Ez magyarázza a szög közötti kötések (Be-F), egyenlő 180 °, és az ekvivalencia kapcsolatok (ábra. 9).

Ábra. 9. pályák BeF2 molekulát

Hibrid pályák y 1 és Y 2 az energia egy közbenső helyzetben a kezdeti atomi pályák (s és p) (ábra. 10). A teljes energiája az elektronok a hibrid pályák még valamivel nagyobb, mint az eredeti. Annak ellenére, hogy a hibridizáció energiát fordítunk, hogy a legjobb hibrid pályák átfedésben képest az eredeti atomenergia nemcsak ellensúlyozza a költségeket, hanem az energiát szolgáltatja nyereség. Ellenkező esetben a hibridizáció előfordul.

Ábra. 10. Az energia diagramja SP-hibridizációs

SP-hibridizáció jellemző elemeit csoport II, de lehetőség van az atomok egyéb elemek, amelyek a két S-csatlakozó magában foglal egy s- és p-pályák audio.

Részvétel a kialakulását kötések az egyik két s- és p-pályák a központi atom vezet sp2 -hybridization. A hibridizációt a típusú vegyületekre jellemző a csoport III elemek.

Úgy vélik, hogy egy példát BF3-molekula. A gerjesztett atomot bór kötés kialakulása végbemegy hibridizáció három pályák - 2s, 2PX. 2rz.

(Itt, a két fluoratommal csak akkor jelennek meg 2p elektron kötés képzésére.) A három hibrid pályák (SP 2) g elvével összhangban a minimális energia orientált úgy, hogy a taszítás közöttük minimális. Ez megfelel a szögek tengelyei közötti hibrid pályák egyenlő 120 ° (ábra. 11). Ezért BF3 molekula - lapos, mivel azt - az egyenértékű irányul a sarkokban egy egyenlő oldalú háromszög.

Ábra. 11. SP 2 -hybridization: egy - az alap 2S-, 2R X - és 2rz pályák; b - 2 hibrid (SP 2) g pályák

sp3 hibridizációs bevonásával s-orbitális és három p-pályák vegyületek jellemző elemei csoport IV a periódusos rendszer, különösen a telített szénhidrogének. Tekintsünk egy molekula metán CH4.

Ebben az esetben a (sp3 hibridizációs) vannak kialakítva négy -Hybrid pályák sp 3 irányított a térben a sarkokban egy tetraéder. A szögek közötti tengelyek hibrid pályák tartalmazhat 109,46 ° (12.). Előzetesen figyelembe vett, ammóniumion, NH4 + is van egy tetraéderes szerkezete miatt sp3 hibridizációs.

Ábra. 12. Orientation pályák sp 3 -Hybrid CH4 molekula

A hibridizációt részt, és d-pályák vagy predvneshnego külső kvantum szinten. A komplex képződését ion [AlF6] 3- bekövetkezik sp3 hibridizációs d 2, amely magában foglalja az üres d-pályák:

Ez a hat hibrid pályák irányul a sarkokban a oktaéder. A szög a kötések 90 ° (13.).

Ábra. 13. Orientation 3 d SP 2 - és az SP 3 d 2 -Hybrid pályák

A komplex ion [Fe (CN) 6] 4- részt a hibridizációs „belső» d-pályák predvneshnego kvantum réteget. Gerjesztés hatására a Fe 2 + ion. amely része, párosodás és 3D-elektron átmenetet egy hibrid vegyérték állapotban:

Kötések alakulnak kölcsönhatása által betöltetlen d 2 hibrid pályák sp 3 * FEG 2+ iont, és nem megosztott elektronpár hat CN - ionok. hibridizáció típus - d 2 SP 3. A geometriai formája és oktaéderes komplex.

Hibridizálás bevonásával d-pályák amely struktúrát és más molekulák és komplex ionok.

Így a vegyérték téma miatt a tájékozódás hibrid pályák a térben. Az általánosított formában táblázatban mutatjuk be. 2.

A részvétel pályák osztatlan elektronpár hibridizációs

Kiderült, hogy a konfiguráció nem minden molekula lehet magyarázni a rendszer táblázatban bemutatott. 2. Például, lehet képzelni, hogy egy molekula ammónia NH3 három kötéssel N-H képződnek „tiszta” 2p pályák nitrogén.

A térbeli konfigurációját a molekulák és ionok

A molekula kell egy gúla alakú: a tetején a piramis - nitrogénatom, a szög közötti kötések - 90 °. Azonban, kísérletileg mért szög

107,8 °, ami lényegesen jobb egyezést tetraéderes konfigurációjú jellemző sp3 hibridizációs. Ez azzal magyarázható, feltételezve, hogy az orbitális hibridizációs részt vesz, megosztása visszavonásra (nem kötő) elektron párokat:

NH3 átfedése pályák a molekulában ábrán látható. 14.

Részvétel hibridizálása pályák osztatlan elektron párok, amelyek nem képezik kötéseket nevezett jelenséget teljes hibridizációs.

Ebből a szempontból érintő pályák két osztatlan elektron párokat a sp3 hibridizációs tudja magyarázni a víz szerkezetét molekula, amelyben a szög között az O-H kötések

Miatt erősebb taszító kölcsönhatást a osztatlan (nem kötő) elektron párokat kötésszöget molekulákban az NH3 és a H2 O valamivel kevésbé tetraéderes.

Szögének megváltoztatása a linkek között E-H

A harmadik és az azt követő időszakokban növekedése miatt a atomok mérete és csökkenti a sűrűsége az elektron felhők a teljes hibridizáció történik, kötést p-pályák. Ezt illusztrálja a táblázatban. 3

Elektronegativitás. A polaritását egy kovalens kötés, és a polaritás a molekulák.
Ionos kötéssel, hogy rendkívüli esetben kovalens kötés poláris

A Homonukleáris molekulák (H2. F2 és mtsai.) Egy elektronpárt képez kötést, egyformán tartozik az egyes atomok, így a központok pozitív és negatív töltések ugyanabban a molekulában. Az ilyen molekulák nem-poláros.

Azonban, a heteronukleáris molekulák hozzájárulnak a kapcsolatot a hullám funkciók különböző atomok változik. Közel az egyik atom jelennek felesleges elektron-sűrűség, azaz, feleslegben negatív töltés, míg közel a másik - .. Pozitív. Ebben az esetben beszélünk egy elektronpár váltás egyik atom a másikra, de meg kell érteni, nem szó szerint, de csak nőtt a valószínűsége, hogy egy elektronpár egyik mellett a magok a molekula.

A „elektronegativitási” vezették be, hogy azonosítani az irányt az elmozdulás és a fél-kvantitatív értékelést a mennyiségét.

Számos skálák elektronegativitási. Azonban, az elemek vannak elrendezve egy sor elektronegativitási ugyanabban a sorrendben, így a különbségek nem jelentősek, és elektronegativitási skála összehasonlíthatók.

Elektronegativitás Mulliken van fele összege ionizációs energiák és az elektron affinitásuk:

Vegyérték-elektron pár eltolódik a több elektronegatív atommal.

Sokkal kényelmesebb használni nem az abszolút értékek a eiektronegativitás és relatív. Egységnyi elfogadott elektronegativitási lítium. Ezután a relatív elektronegativitása egy elem egy CAN a következőképpen fejezhető ki:

Már a legkisebb elektronegativitási nehéz alkálifémek (XFR = 0,7). A leginkább elektronegatív elem - F: XF = 4,0. Azokban az időszakokban, és egyre több elektronegativitási elem növekszik, és alcsoportok - csökken (4. táblázat).

A relatív elektronegativitása s - és p-elemek

A polaritás a kapcsolat kétatomos molekulák határozza meg az elmozdulás a vegyérték elektronpár és mennyiségileg jellemzi dipólus momentum a molekula. Ez megegyezik a termék közötti távolság a magok a molekulában, és a tényleges költség, a d. megfelel annak a távolságnak:

Mivel úgy vélik, vektor irányított a pozitív a negatív töltés, a dipólmomentum is egy vektor, és ugyanabba az irányba. A mértékegység a Debye dipólmomentum D (D 1 = 3.33 • Cl • 10 -30 m) (Coulomb-mérő).

A dipólusmomentuma egy komplex molekula úgy definiáljuk, mint a vektor összege dipólusmomentumának kötvények. Ezért, ha az ABN molekula szimmetrikus a vonal egyes kötést jelent, a teljes dipólmomentum ilyen nem poláros molekulák, annak ellenére, hogy a csatlakozási polaritását A-B jelentése nulla:

Példák szimmetrikusak molekulák korábban tárgyalt, a kommunikáció, amelyben csak hibrid pályák vannak kialakítva: VeF2. BF3. CH4. SF6 és mtsai. (Ábra. 15a).

Ábra. 15. A dipólus momentum a molekulák VeF2 (a) és a H2-S (b)

A molekulák, amelyek képződnek, mivel a nem-hibrid pályák, és hibrid pályák a pályák osztatlan pár elektronok, amelyek nem rendelkeznek ilyen szimmetria. Ilyen poláros molekulák: H2S, NH3. H2 O és mtsai. (Ábra. 15b).

Mint már említettük, annál nagyobb a különbség a electronegativities az atomok alkotó kötés, annál erősebb a vegyérték elektronpár elmozdul, a polárosabb kötés, és ezért hatékonyabb felelős d, amint az 5. táblázatban.

Megváltoztatása a természet a kapcsolat a sorozat vegyületek elemeinek a 2. időszak fluoratommal

két komponens lehet feltételesen különböztetni a poláros kötvények: ionos elektrosztatikus hatás miatt, és kovalens miatt átfedő pályák. Mivel a elektronegativitási különbségi értékeket D X vegyérték elektronpár egyre eltolódott fluoratom, amely egyre több negatív hatásos töltet. Növeli hozzájárulás ionos kötés komponens, az aránya a kovalens komponens csökken rendre. Mennyiségi változások alakulnak kvalitatív: LiF molekula elektron pár szinte teljes egészében a fluor, és a tényleges költség közel egység, azaz a töltés az elektron ... Feltételezhetjük, hogy képződött két ion: Li + kation és anion F -. és a kötés miatt csak a saját elektrosztatikus vonzás (kovalens komponens lehet elhanyagolt).

Az ilyen kötés az úgynevezett ion. Meg lehet tekinteni, mint egy extrém eset a poláris kovalens kötés.

Az elektrosztatikus mező nem rendelkezik előnyös irányba. Ezért, ionos kötéssel, eltérően kovalens nem irányul. Ion reagál tetszőleges számú ionok ellenkező töltésű. Ez annak köszönhető, hogy még egy sajátossága ionos kötések - nem jóllakottság.

Megkülönböztetni poláris kovalens és ionos kötések csak feltételesen. A kétatomos molekulák gázállapotban tekinthető, hogy a különbség a elektronegativitási elemek D X> 2,5 tart ionos kötéssel. Oldatokban poláros oldószerek, és a kristályos állapotban erősen befolyásolja az oldószer molekulák és részecskék szomszédos rácspontok. Ezért ionos karakter megjelenik sokkal kisebb elektronegativitási különbség értékeket. A gyakorlatban ez lehet kiindulni, hogy a kapcsolat a tipikus fémek és nem fémek oldatokban és ionos kristályok.

V.I.Elfimov,
oktató Moszkva
Állami Open University