Тип гібридизації атомів

Тип гібридизації атомів

У процесі визначення геометричної форми хімічної частинки важливо враховувати, що пари валентних електронів основного атома, включаючи і ті, які не утворюють хімічного зв 'язку, знаходяться на великій відстані один від одного в просторі.

Особливості терміну

Розглядаючи питання, що стосується ковалентного хімічного зв 'язку, часто застосовують яке поняття, як гібридизація атомних орбіталів. Цей термін пов 'язаний з вирівнюванням форми та енергії. Гібридизація атомних орбіталів пов 'язана з квантово-хімічним процесом перебудови. Орбіталі порівняно з вихідними атомами мають іншу будову. Суть гібридизації полягає в тому, що той електрон, який розташовується поруч з ядром пов 'язаного атома, визначається не конкретною атомною орбіталлю, а їх сукупністю з рівним головним квантовим числом. В основному даний процес стосується вищих, близьких по енергії атомних орбіталів, що мають електрони.

Специфіка процесу

Типи гібридизації атомів в молекулах залежать від того, як відбувається орієнтація нових орбіталів. За типом гібридизації можна визначити геометрію іона або молекули, припустити особливості хімічних властивостей.

Типи гібридизації

Такий тип гібридизації, як sp, являє собою лінійну структуру, кут між зв 'язками становить 180 градусів. Прикладом молекули з подібним варіантом гібридизації є BeCl2.

Наступний тип гібридизації - sp2. Молекули характеризуються трикутною формою, кут між зв 'язками становить 120 градусів. Типовим прикладом такого варіанту гібридизації є BCl3.

Тип гібридизації sp3 передбачає тетраедричну будову молекули, типовим прикладом речовини з даним варіантом гібридизації є молекула метану CH4. Валентний кут у такому випадку становить 109 градусів 28 хвилин.

У гібридизації беруть безпосередню участь не тільки парні електрони, а й нерозділені пари електронів.

Гібридизація в молекулі води

Наприклад, у молекулі води між атомом кисню та атомами водню існують дві ковалентні полярні зв 'язки. Крім того, сам атом кисню володіє двома парами зовнішніх електронів, які не беруть участі у створенні хімічного зв 'язку. Ці 4 електронні пари в просторі займають певне місце навколо кисневого атома. Оскільки всі вони володіють однаковим зарядом, в просторі вони відштовхуються, електронні хмари знаходяться один від одного на істотній відстані. Тип гібридизації атомів в даній речовині передбачає зміну форми атомних орбіталів, відбувається їх витягування і вибудовування до вершин тетраедра. В результаті молекула води набуває кутової форми, між зв 'язками кисень-водень валентний кут становить 104,5o.


Щоб передбачити тип гібридизації, можна скористатися донорно-акцепторним механізмом утворення хімічного зв 'язку. У результаті здійснюється перекриття вільних орбіталів елемента з меншою електроотрицьовістю, а також орбіталів елемента з більшою електричною негативністю, на якій знаходиться пара електронів. У процесі складання електронної конфігурації атома враховується їх ступінь окислення.

Правила виявлення вигляду гібридизації

Для того, щоб визначити тип гібридизації вуглецю, можна використовувати певні правила:

  • виявляють центральний атом, обчислюють кількість лід-зв 'язків;
  • ставлять часткою ступеня окислення атомів;
  • записують електронну конфігурацію головного атома в необхідній мірі окислення;
  • складають схему розподілу по орбіталях валентних електронів, спарюючи електрони;
  • виділяють орбіталі, які беруть безпосередньо участь в освіті зв 'язку, знаходять неспарені електрони (при недостатній для гібридизації кількості валентних орбіталів застосовують орбіталі наступного енергетичного рівня).

Геометрія молекули визначається типом гібридизації. На неї не впливає присутність пі-зв 'язків. У разі додаткового пов 'язування можлива зміна валентного кута, причина полягає у взаємному відштовхуванні електронів, що утворюють кратний зв' язок. Так, в молекулі оксиду азоту (4) при sp2-гібридизації відбувається зростання валентного кута з 120 градусів до 134 градусів.

Гібридизація в молекулі аміаку

Нерозділена пара електронів впливає на результуючий показник дипольного моменту всієї молекули. В аміаку тетраедрична будова разом з нерозділеною парою електронів. Іонність зв 'язку азот-водень і азот-фтор мають показники 15 і 19 відсотків, довжини визначені в 101 і 137 пм відповідно. Таким чином, в молекулі фториду азоту повинен бути більший дипольний момент, але результати експерименту свідчать про протилежне.

Гібридизація в органічних сполуках

Для кожного класу вуглеводнів характерний свій тип гібридизації. Так, при утворенні молекул класу алканів (граничних вуглеводнів) всі чотири електрона атома вуглецю утворюють гібридні орбіталі. При їх перекриванні утворюється 4 гібридних хмари, що виторюються до вершин тетраедра. Далі їх вершини перекриваються з негібридними s-орбіталями водню, утворюючи простий зв 'язок. Для насичених вуглеводнів характерна sp3-гібридизація.

У ненасичених алкенів (їх типовим представником є етилен) у гібридизації беруть участь тільки три електронні орбіталі - s і 2 p, три гібридних орбіталі утворюють у просторі форму трикутника. Негібридні p-орбіталі перекриваються, створюючи в молекулі кратний зв 'язок. Цей клас органічних вуглеводнів характеризується sp2-гібридним станом вуглецевого атома.

Алкіни відрізняються від попереднього класу вуглеводнів тим, що в процесі гібридизації беруть участь всього два види орбіталів: s і p. Два негібридні p-електрони, що залишилися у кожного атома вуглецю, перекриваються в двох напрямках, утворюючи два кратні зв 'язки. Цей клас вуглеводнів характеризується sp-гібридним станом вуглецевого атома.


Ув 'язнення

Завдяки визначенню виду гібридизації в молекулі можна пояснити будову різних неорганічних і органічних речовин, передбачити можливі хімічні властивості конкретної речовини.