Урок №10. Пространственное строение молекул неорганических и органических веществ

Повторите!

Электронная природа химических связей в органических соединениях

 

Часто химические связи образуются за счёт электронов, расположенных на разных атомных орбиталях (например, s – и р – орбитали). Несмотря на это, связи оказываются равноценными и расположены симметрично, что обеспечено гибридизацией атомных орбиталей.

 

Гибридизация орбиталей - это изменение формы некоторых орбиталей при образовании ковалентной связи для достижения более эффективного перекрывания орбиталей.

 

В результате гибридизации появляются новые гибридные орбитали, которые ориентируются в пространстве таким образом, чтобы после их перекрывания с орбиталями других атомов образующиеся электронные пары оказались максимально удалёнными друг от друга. Это сводит к минимуму энергию отталкивания электронов в молекуле.

Гибридизация не является реальным процессом. Это понятие введено для описания геометрической структуры молекулы. Форма частиц, возникающих при образовании ковалентных связей, в которых участвуют гибридные атомные орбитали, зависит от числа и типа этих орбиталей. При этом σ – связи создают жёсткий «скелет» частицы:

Орбитали участвующие в гибридизации

Тип гибридизации

Пространственная форма молекулы

Примеры

s, p

sp – гибридизация


Линейная


BeCl2

CO2

C2H2

ZnCl2

BeH2

Две sp - орбитали могут образовывать две σ - связи (BeH2ZnCl2). Еще две p- связи могут образоваться, если на двух p - орбиталях, не участвующих в гибридизации, находятся электроны (ацетилен C2H2).

s, p, p

sp2гибридизация


Треугольная (плоская тригональная)


BH3

BF3

C2H4

AlCl3

Если связь образуется при перекрывании орбиталей по линии, соединяющей ядра атомов, она называется σ - связью. Если орбитали перекрываются вне линии, соединяющей ядра, то образуется  π - связь. Три sp2- орбитали могут образовывать три σ - связи (BF3AlCl3). Еще одна связь (π - связь) может образоваться, если на p- орбитали, не участвующей в  гибридизации, находится электрон (этилен C2H4).

s, p, p, p

sp3гибридизация


Тетраэдрическая


СH4

NH4+

PO43-

BF4-

 

На практике вначале экспериментально устанавливают геометрическую структуру молекулы, после чего описывают тип и форму атомных орбиталей, участвующих в её образовании. Например, пространственная структура молекул аммиака и воды близка к тетраэдрической, но угол между связями в молекуле воды равен 104,5˚, а в молекуле NH3 – 107,3˚.

Чем это можно объяснить?

 

Аммиак NH3

 

Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Атом азота находится в sp3- гибридном состоянии; из четырех гибридных орбиталей азота три участвуют в образовании одинарных связей N–H, а четвертая sp3 -  гибридная орбиталь занята неподеленной электронной парой, она может образовать донорно-акцепторную связь с ионом водорода, образуя ион аммония NH4+, а также является причиной отклонения от тетраэдрического угла в строении

Вода H2O

 

Молекула воды имеет угловое строение: представляет собой равнобедренный треугольник с углом при вершине 104,5°.

Атом кислорода находится в sp3- гибридном состоянии; из четырех гибридных орбиталей кислорода две участвуют в образовании одинарных связей О–H, а две другие sp3 -  гибридные орбитали заняты неподеленными электронными парами, их действие является причиной уменьшения угла от 109,28˚ до  104,5°.

 

Comments