Aina za mseto wa AO. Polarity ya molekuli

Njia ya dhamana ya valence inafanya uwezekano wa kuelezea wazi sifa za anga za molekuli nyingi. Walakini, wazo la kawaida la maumbo ya obiti haitoshi kujibu swali kwa nini, ikiwa atomi kuu ina tofauti - s, uk, d- obiti za valence, vifungo vinavyoundwa nayo katika molekuli na vibadala vinavyofanana vinageuka kuwa sawa katika nishati na sifa zao za anga. Katika miaka ya ishirini ya karne ya 19, Linus Pauling alipendekeza dhana ya mseto wa obiti za elektroni. Mseto ni mfano wa kufikirika wa upatanishi wa obiti za atomiki katika umbo na nishati.

Mifano ya maumbo ya obiti mseto imewasilishwa katika Jedwali la 5.

Jedwali 5. Mseto sp, sp 2 , sp 3 obiti

Dhana ya mseto ni rahisi kutumia wakati wa kuelezea sura ya kijiometri ya molekuli na ukubwa wa pembe za dhamana (mifano ya kazi 2-5).

Algorithm ya kuamua jiometri ya molekuli kwa kutumia njia ya BC:

A. Amua atomi ya kati na idadi ya vifungo σ na atomi za mwisho.

b. Chora usanidi wa kielektroniki wa atomi zote zinazounda molekuli na picha za picha za viwango vya elektroniki vya nje.

V. Kwa mujibu wa kanuni za njia ya BC, malezi ya kila dhamana inahitaji jozi ya elektroni, kwa ujumla, moja kutoka kwa kila atomi. Ikiwa hakuna elektroni za kutosha ambazo hazijaunganishwa kwa atomi ya kati, mtu anapaswa kudhani msisimko wa atomi na mpito wa moja ya jozi ya elektroni hadi kiwango cha juu cha nishati.

d. Fikiria hitaji na aina ya mseto, kwa kuzingatia vifungo vyote na, kwa vipengele vya kipindi cha kwanza, elektroni zisizounganishwa.

e. Kulingana na hitimisho hapo juu, chora obiti za kielektroniki (mseto au la) za atomi zote kwenye molekuli na mwingiliano wao. Chora hitimisho kuhusu jiometri ya molekuli na takriban thamani ya pembe za dhamana.

e. Amua kiwango cha polarity ya dhamana kulingana na maadili ya elektronegativity ya atomi (Jedwali 6) Amua uwepo wa wakati wa dipole kulingana na eneo la vituo vya mvuto wa chaji chanya na hasi na/au ulinganifu wa atomi. molekuli.

Jedwali 6. Thamani za elektroni za baadhi ya vipengele kulingana na Pauling

Mifano ya kazi

Zoezi 1. Eleza dhamana ya kemikali katika molekuli ya CO kwa kutumia mbinu ya BC.

Suluhisho (Kielelezo 25)

A. Chora usanidi wa kielektroniki wa atomi zote zinazounda molekuli.

b. Ili kuunda dhamana, ni muhimu kuunda jozi za elektroni za kijamii

Mchoro 25. Mpango wa uundaji wa dhamana katika molekuli ya CO (bila mseto wa obiti)

Hitimisho: Katika molekuli ya CO kuna dhamana tatu C≡O

Kwa molekuli ya CO, tunaweza kudhani uwepo sp-mseto wa obiti za atomi zote mbili (Mchoro 26). Elektroni zilizooanishwa zisizohusika katika uundaji wa dhamana ziko kwenye sp-obiti ya mseto.

Mchoro 26. Mpango wa uundaji wa dhamana katika molekuli ya CO (kwa kuzingatia mseto wa obiti)

Jukumu la 2. Kulingana na mbinu ya BC, chukua muundo wa anga wa molekuli ya BeH 2 na uamue ikiwa molekuli ni dipole.

Suluhisho la tatizo limewasilishwa katika Jedwali 7.

Jedwali 7. Uamuzi wa jiometri ya molekuli ya BeH 2

	Usanidi wa kielektroniki		Vidokezo
A.			Atomi ya kati ni berili. Inahitaji kuunda vifungo viwili vya ϭ na atomi za hidrojeni
b.	H: 1 s 1 kuwa: 2 s 2		Atomi ya hidrojeni ina elektroni isiyo na paired, atomi ya beriliamu ina elektroni zake zote zilizounganishwa, lazima ihamishwe kwenye hali ya msisimko.
V.	H: 1 s 1 Kuwa*: 2 s 1 2uk 1		Ikiwa atomi moja ya hidrojeni itaunganishwa na berili kutokana na 2 s-elektroni ya berili, na nyingine - kwa sababu ya 2 uk-elektroni ya beriliamu, basi molekuli haingekuwa na ulinganifu, ambayo haijathibitishwa kwa nguvu, na vifungo vya Be-H havingekuwa sawa.
G.	H: 1 s 1 Kuwa*: 2( sp) 2		Inapaswa kuzingatiwa kuwa kuna sp-mseto
d.			Mbili sp orbitals ya mseto iko kwenye pembe ya 180 °, molekuli ya BeH 2 ni ya mstari
e.		Electronegativity χ H = 2.1, χ Kuwa = 1.5, kwa hiyo dhamana ni covalent polar, wiani wa elektroni huhamishiwa kwenye atomi ya hidrojeni, malipo madogo hasi δ- inaonekana juu yake. Kwenye atomi ya beriliamu δ+. Kwa kuwa vituo vya mvuto wa malipo chanya na hasi sanjari (ni ulinganifu), molekuli si dipole.

Hoja kama hiyo itasaidia kuelezea jiometri ya molekuli na sp 2 - na sp 3-mseto obiti (Jedwali 8).

Jedwali 8. Jiometri ya molekuli BF 3 na CH 4

Jukumu la 3. Kulingana na mbinu ya BC, chukua muundo wa anga wa molekuli ya H 2 O na uamue ikiwa molekuli ni dipole. Kuna suluhisho mbili zinazowezekana, zinawasilishwa katika jedwali la 9 na 10.

Jedwali 9. Uamuzi wa jiometri ya molekuli ya H 2 O (bila mseto wa orbital)

	Usanidi wa kielektroniki	Uwakilishi wa mchoro wa obiti za kiwango cha nje	Vidokezo
A.
b.	H: 1 s 1 O: 2 s 2 2uk 4
V.			Kuna elektroni za kutosha ambazo hazijaoanishwa kuunda vifungo viwili vya ϭ na atomi za hidrojeni.
G.			Mseto unaweza kupuuzwa
d.
e.

Hivyo, molekuli ya maji inapaswa kuwa na angle ya dhamana ya karibu 90 °. Hata hivyo, pembe kati ya vifungo ni takriban 104 °.

Hii inaweza kuelezwa

1) kurudisha nyuma kwa atomi za hidrojeni ziko karibu na kila mmoja.

2) Mseto wa obiti (Jedwali 10).

Jedwali 10. Uamuzi wa jiometri ya molekuli ya H 2 O (kwa kuzingatia mseto wa orbitals)

	Usanidi wa kielektroniki	Uwakilishi wa mchoro wa obiti za kiwango cha nje	Vidokezo
A.			Atomi ya kati ni oksijeni. Inahitaji kuunda vifungo viwili vya ϭ na atomi za hidrojeni.
b.	H: 1 s 1 O: 2 s 2 2uk 4		Atomi ya hidrojeni ina elektroni isiyo na paired, na atomi ya oksijeni ina elektroni mbili ambazo hazijaunganishwa.
V.			Atomi ya hidrojeni ina elektroni isiyo na paired, na atomi ya oksijeni ina elektroni mbili ambazo hazijaunganishwa.
G.			Pembe ya 104° inaonyesha kuwepo sp 3-mseto.
d.			Mbili sp Orbital 3-mseto iko kwenye pembe ya takriban 109 °, molekuli ya H 2 O iko karibu na sura ya tetrahedron, kupungua kwa angle ya dhamana kunaelezewa na ushawishi wa jozi ya elektroni isiyo ya kuunganisha.
e.		Electronegativity χ Н = 2.1, χ О = 3.5, kwa hiyo dhamana ni covalent polar, msongamano wa elektroni huhamishwa kwenye atomi ya oksijeni, chaji kidogo hasi 2δ- inaonekana juu yake. Kwa kuwa vituo vya mvuto wa chaji chanya na hasi havifanani (sio ulinganifu), molekuli ni dipole.

Hoja sawa huruhusu mtu kueleza pembe za dhamana katika molekuli ya amonia NH 3 . Mseto unaohusisha jozi za elektroni pekee kawaida huchukuliwa tu kwa obiti za atomi za vipengele vya kipindi cha II. Pembe za dhamana katika molekuli H 2 S = 92 °, H 2 Se = 91 °, H 2 Te = 89 °. Vile vile vinazingatiwa katika safu NH 3, РH 3, Ash 3. Wakati wa kuelezea jiometri ya molekuli hizi, kwa jadi, ama hawatumii dhana ya mseto, au wanaelezea kupungua kwa pembe ya tetrahedral na ushawishi unaoongezeka wa jozi pekee.

Hebu tuzungumze kuhusu jinsi ya kuamua aina ya mseto, na pia fikiria muundo wa kijiometri wa molekuli.

Historia ya neno

Mwanzoni mwa karne ya ishirini, L. Paulingle alipendekeza nadharia ya jiometri ya molekuli na vifungo vya ushirikiano. Kuingiliana kwa mawingu ya elektroni kulichukuliwa kama msingi wa uundaji wa unganisho. Njia hiyo ilikuja kuitwa vifungo vya valence. Jinsi ya kuamua aina ya mseto wa atomi katika misombo? Mwandishi wa nadharia hiyo alipendekeza kwa kuzingatia uchanganyaji wa obiti mseto.

Ufafanuzi

Ili kuelewa jinsi ya kuamua aina ya mseto katika misombo, hebu tuangalie neno hili linamaanisha nini.

Mseto ni mchanganyiko wa obiti za elektroni. Utaratibu huu unaambatana na usambazaji wa nishati ndani yao na mabadiliko katika sura yao. Kulingana na kiasi cha s- na p-orbitali zilizochanganywa, aina ya mseto inaweza kuwa tofauti. Katika misombo ya kikaboni, atomi ya kaboni inaweza kuwepo katika hali ya sp, sp2, sp3. Pia kuna aina ngumu zaidi ambazo, pamoja na sp, d-orbitals zinahusika.

Sheria za kutambua vitu vya isokaboni katika molekuli

Kibadala cha mseto kinaweza kutambuliwa kwa misombo yenye dhamana ya kemikali shirikishi ambayo ina aina ya AVP. A ni atomi kuu, B ni ligand, n ni nambari kutoka mbili au zaidi. Katika hali kama hiyo, tu obiti za valence za atomi kuu zitaingia kwenye mseto.

Mbinu za uamuzi

Wacha tuzungumze kwa undani zaidi jinsi ya kuamua aina ya mseto. Kwa maana ya kemikali, neno hili linamaanisha mabadiliko katika nishati na sura ya orbital. Mchakato kama huo unazingatiwa katika hali ambapo elektroni za aina tofauti hutumiwa kuunda dhamana.

Ili kuelewa jinsi ya kuamua aina ya mseto, fikiria molekuli ya methane. Dutu hii ni mwakilishi wa kwanza wa mfululizo wa homologous wa hidrokaboni iliyojaa (iliyojaa). Katika nafasi, molekuli ya CH4 ni tetrahedron. Atomu moja ya kaboni huunda vifungo na hidrojeni ambazo zinafanana kwa nishati na urefu. Ili kuunda mawingu ya mseto kama haya, elektroni tatu za p na moja hutumiwa.

Mawingu manne huchanganyika na spishi nne zinazofanana (mseto) huonekana, zenye umbo la sura ya nane isiyo ya kawaida. Aina hii ya mseto inaitwa sp3. Hidrokaboni zote, ambazo zina vifungo rahisi tu (moja), zina sifa ya aina hii ya mseto wa atomi ya kaboni. Pembe ya dhamana ni digrii 109 dakika 28.

Wacha tuendelee na mazungumzo juu ya jinsi ya kuamua aina ya mseto. Mifano ya mfululizo wa ethilini hutoa maarifa kuhusu uchanganyaji wa sp2. Kwa mfano, katika molekuli ya ethylene, kati ya nne, tatu tu hutumiwa kuunda dhamana ya kemikali. P-electron iliyobaki isiyo ya mseto huenda kuunda dhamana mara mbili.

Acetylene ni mwakilishi rahisi zaidi wa darasa la SpN2n-2. Kipengele maalum cha darasa hili la hidrokaboni ni uwepo wa dhamana tatu. Kati ya elektroni nne za valence za atomi ya kaboni, ni mbili tu zinazobadilisha sura na nishati, na kuwa mseto. Elektroni mbili zilizobaki zinashiriki katika uundaji wa vifungo viwili viwili, kuamua asili isiyojaa ya darasa hili la misombo ya kikaboni.

Hitimisho

Kuzingatia suala kuhusu kikaboni na mseto, mseto huzingatiwa Katika kesi hii, nishati na fomu zao zinalingana. Elektroni iliyo karibu na kiini cha atomi iliyounganishwa ina sifa ya seti ya obiti ambayo ina taarifa sawa kuhusu aina ya mseto hufanya iwezekanavyo kutathmini mali ya kemikali ya dutu.

sp3 mseto

sp 3 -Mseto - mseto, ambapo obiti za atomiki za moja s- na tatu uk-elektroni (Mchoro 1).

Mchele. 1. Elimu sp 3-mseto obiti

Nne sp Obiti za mseto 3 zimeelekezwa kwa ulinganifu katika nafasi kwa pembe ya 109°28" (Mchoro 2).

Mfano wa atomu c sp 3-mseto obiti

Usanidi wa anga wa molekuli ambayo atomi ya kati huundwa sp Orbital 3-mseto - tetrahedron

Usanidi wa anga wa Tetrahedral wa molekuli ambayo atomi ya kati huundwa sp 3-mseto obiti

mseto wa kaboni ya obiti ya atomi

Mifano ya misombo ambayo ina sifa ya sp 3-mseto: NH 3, POCl 3, SO 2 F 2, SOBr 2, NH 4+, H 3 O +. Pia, sp 3-mseto huzingatiwa katika hidrokaboni zote zilizojaa (alkanes, cycloalkanes) na misombo ya kikaboni: CH 4, C 5 H 12, C 6 H 14, C 8 H 18, nk. Fomula ya jumla ya alkanes ni: C n H 2n. +2. Fomula ya jumla ya cycloalkanes ni C n H 2n. Katika hidrokaboni zilizojaa, vifungo vyote vya kemikali ni moja, kwa hivyo kati ya obiti za mseto za misombo hii pekee. katika-enye kupishana.

Obiti ya atomiki ni kazi inayoelezea msongamano wa wingu la elektroni katika kila nukta katika nafasi karibu na kiini cha atomiki. Wingu la elektroni ni eneo la nafasi ambayo elektroni inaweza kugunduliwa kwa uwezekano mkubwa.

Ili kuoanisha muundo wa elektroniki wa atomi ya kaboni na valency ya kipengele hiki, dhana kuhusu msisimko wa atomi ya kaboni hutumiwa. Katika hali ya kawaida (isiyo na msisimko), atomi ya kaboni ina 2 ambazo hazijaoanishwa R 2 elektroni. Katika hali ya msisimko (wakati nishati inapofyonzwa) moja ya 2 s Elektroni 2 zinaweza kwenda bure R-a obiti. Kisha elektroni nne ambazo hazijaoanishwa huonekana kwenye atomi ya kaboni:

Wacha tukumbuke kwamba katika fomula ya elektroniki ya atomi (kwa mfano, kwa kaboni 6 C - 1 s 2 2s 2 2uk 2) idadi kubwa mbele ya barua - 1, 2 - zinaonyesha idadi ya kiwango cha nishati. Barua s Na R zinaonyesha umbo la wingu la elektroni (orbital), na nambari za kulia juu ya herufi zinaonyesha idadi ya elektroni kwenye obiti fulani. Wote s- obiti za spherical

Katika kiwango cha pili cha nishati isipokuwa 2 s Kuna obiti tatu 2 R-obiti. Hizi 2 R-obiti zina umbo la ellipsoidal, sawa na dumbbells, na zimeelekezwa katika nafasi kwa pembe ya 90 ° kwa kila mmoja. 2 R- Orbital inaashiria 2 R X , 2R y na 2 R z kwa mujibu wa shoka ambazo orbital hizi ziko.

Sura na mwelekeo wa obiti za p-electron

Wakati vifungo vya kemikali vinapoundwa, orbitals ya elektroni hupata sura sawa. Hivyo, katika hidrokaboni ulijaa moja s-obiti na tatu R-obiti za atomi ya kaboni kuunda nne zinazofanana (mseto) sp 3-obiti:

Hii - sp 3 -mseto.

Mseto- alignment (mchanganyiko) wa obiti za atomiki ( s Na R) na uundaji wa obiti mpya za atomiki zinazoitwa obiti za mseto.

Nne sp 3 -obiti mseto wa atomi ya kaboni

Ipasavyo, pembe kati ya obiti hizi ni tetrahedral, sawa na 109 ° 28".

Vipeo vya obiti za elektroni vinaweza kuingiliana na obiti za atomi zingine. Ikiwa mawingu ya elektroni yanaingiliana kando ya mstari unaounganisha vituo vya atomi, basi dhamana kama hiyo inaitwa. sigma () - mawasiliano. Kwa mfano, katika molekuli ya ethane C 2 H 6, dhamana ya kemikali huundwa kati ya atomi mbili za kaboni kwa kuingiliana obiti mbili za mseto. Huu ni muunganisho. Kwa kuongeza, kila moja ya atomi za kaboni na tatu zake sp 3-obiti hupishana na s-obiti za atomi tatu za hidrojeni, kutengeneza vifungo vitatu.

Mchoro wa wingu la elektroni huingiliana katika molekuli ya ethane

Kwa jumla, majimbo matatu ya valence yenye aina tofauti za mseto yanawezekana kwa atomi ya kaboni. Isipokuwa sp 3-mseto upo sp 2 - na sp-mseto.

sp 2 -Mseto- kuchanganya moja s- na mbili R-obiti. Kama matokeo, mahuluti matatu huundwa sp 2 -enye obiti. Haya sp Obiti 2 ziko kwenye ndege moja (yenye shoka X, katika) na huelekezwa kwa wima ya pembetatu na pembe kati ya orbitals ya 120 °. Isiyochanganywa R-obital ni perpendicular kwa ndege ya mseto tatu sp 2-obiti (zinazoelekezwa kando ya mhimili z) Nusu ya juu R orbitals ziko juu ya ndege, nusu ya chini iko chini ya ndege.

Aina sp Mchanganyiko wa kaboni-2 hutokea katika misombo yenye dhamana mbili: C=C, C=O, C=N. Zaidi ya hayo, ni moja tu ya vifungo kati ya atomi mbili (kwa mfano, C=C) inaweza kuwa - dhamana. (Nyingine za miunganisho ya atomi zimeelekezwa pande tofauti.) Kifungo cha pili huundwa kutokana na mwingiliano usio wa mseto. R-obiti pande zote mbili za mstari unaounganisha viini vya atomiki.

Orbitals (tatu sp 2 na p) atomi ya kaboni katika sp 2 -mseto

Dhamana ya mshikamano inayoundwa na mwingiliano wa kando R-obiti za atomi za kaboni za jirani huitwa pi()-muunganisho.

Elimu - uhusiano

Kwa sababu ya mwingiliano mdogo wa obiti, -bondi haina nguvu kuliko -bondi.

sp-Mseto- hii ni kuchanganya (alignment katika sura na nishati) ya moja s- na moja R-obiti kuunda mseto mbili sp-obiti. sp-Obiti ziko kwenye mstari mmoja (kwa pembe ya 180 °) na kuelekezwa kwa mwelekeo tofauti kutoka kwa kiini cha atomi ya kaboni. Mbili R-obiti hubaki bila mseto. Wao huwekwa kwa pande zote kwa mwelekeo wa viunganisho. Kwenye picha sp-obiti huonyeshwa kwenye mhimili y, na mbili ambazo hazijachanganywa R-obitali- kando ya shoka X Na z.

Obiti za atomiki (sp mbili na p mbili) za kaboni katika hali ya mseto wa sp

CC ya dhamana ya kaboni-carbon triple inajumuisha -bondi inayoundwa kwa kuingiliana sp-obiti za mseto, na vifungo viwili.

Muundo wa elektroniki wa atomi ya kaboni

Carbon iliyo katika misombo ya kikaboni inaonyesha valence ya mara kwa mara. Ngazi ya mwisho ya nishati ya atomi ya kaboni ina elektroni 4, mbili ambazo zinachukua obiti ya 2s, ambayo ina sura ya spherical, na elektroni mbili huchukua 2p orbital, ambayo ina sura ya dumbbell. Inaposisimka, elektroni moja kutoka kwenye obiti ya 2 inaweza kuhamia kwenye mojawapo ya obiti za 2p zilizo wazi. Mpito huu unahitaji baadhi ya matumizi ya nishati (403 kJ/mol). Matokeo yake, atomi ya kaboni yenye msisimko ina elektroni 4 ambazo hazijaunganishwa na usanidi wake wa elektroniki unaonyeshwa na formula 2s1 2p3.

Atomi ya kaboni katika hali ya msisimko ina uwezo wa kutengeneza vifungo 4 vya ushirikiano kutokana na 4 ya elektroni zake ambazo hazijaoanishwa na elektroni 4 za atomi nyingine. Kwa hivyo, katika kesi ya hidrokaboni ya methane (CH4), atomi ya kaboni huunda vifungo 4 na s-elektroni za atomi za hidrojeni. Katika kesi hii, dhamana ya aina 1 ya s-s (kati ya s-elektroni ya atomi ya kaboni na s-elektroni ya atomi ya hidrojeni) na vifungo 3 vya p-s (kati ya elektroni 3 za atomi ya kaboni na elektroni 3 za hidrojeni 3). atomi) zinapaswa kuundwa. Hii inaongoza kwa hitimisho kwamba vifungo vinne vya ushirikiano vinavyoundwa na atomi ya kaboni havilingani. Hata hivyo, uzoefu wa vitendo katika kemia unaonyesha kwamba vifungo vyote 4 katika molekuli ya methane ni sawa kabisa, na molekuli ya methane ina muundo wa tetrahedral na pembe za dhamana za 109 °, ambazo haziwezi kuwa hivyo ikiwa vifungo havikuwa sawa. Baada ya yote, obiti tu za elektroni za p zimeelekezwa katika nafasi pamoja na shoka za pande zote za x, y, z, na obiti ya s-elektroni ina sura ya duara, kwa hivyo mwelekeo wa malezi ya dhamana na elektroni hii ungefanya. kuwa kiholela. Nadharia ya mseto iliweza kueleza ukinzani huu. L. Polling alipendekeza kuwa katika molekuli yoyote hakuna vifungo vilivyotengwa kutoka kwa kila mmoja. Wakati vifungo vinapoundwa, obiti za elektroni zote za valence huingiliana. Aina kadhaa za mseto wa orbital za elektroni zinajulikana. Inachukuliwa kuwa katika molekuli ya methane na alkanes nyingine, elektroni 4 huingia katika mseto.

Mseto wa obiti za atomi za kaboni

Mseto wa obiti ni badiliko la umbo na nishati ya baadhi ya elektroni wakati wa kuunda dhamana shirikishi, na kusababisha mwingiliano bora wa obiti na kuongezeka kwa nguvu ya dhamana. Mchanganyiko wa obiti hutokea wakati wowote elektroni za aina tofauti za orbital zinashiriki katika uundaji wa vifungo. 1. sp 3 -mseto (hali ya kwanza ya valence ya kaboni). Wakati wa mseto wa sp3, obiti 3 p na obiti moja ya atomi ya kaboni iliyosisimka huingiliana kwa njia ambayo obiti zinazotokana zinafanana kabisa katika nishati na ziko angani kwa ulinganifu. Mabadiliko haya yanaweza kuandikwa kama hii:

s + px+ py + pz = 4sp3

Wakati wa mseto, jumla ya idadi ya orbital haibadilika, lakini tu nishati na sura zao hubadilika. Inaonyeshwa kuwa obiti za mseto za sp3 zinafanana na sura ya nane ya pande tatu, moja ya vile ambavyo ni kubwa zaidi kuliko nyingine. Obiti nne za mseto zimepanuliwa kutoka katikati hadi vipeo vya tetrahedron ya kawaida kwa pembe ya 109.50. Vifungo vinavyoundwa na elektroni mseto (kwa mfano, bondi ya s-sp 3) ni nguvu zaidi kuliko vifungo vinavyoundwa na elektroni za p zisizochanganywa (kwa mfano, bondi ya s-p). kwa sababu obiti mseto ya sp3 hutoa eneo kubwa la mwingiliano wa obiti wa elektroni kuliko p obitali isiyochanganywa. Molekuli ambazo mseto wa sp3 hutokea zina muundo wa tetrahedral. Hizi, pamoja na methane, ni pamoja na homologi za methane, molekuli za isokaboni kama vile amonia. Takwimu zinaonyesha orbital iliyochanganywa na molekuli ya methane ya tetrahedral. Vifungo vya kemikali vinavyotokea katika methane kati ya atomi za kaboni na hidrojeni ni vya aina ya 2 y-bond (sp3 -s-bond). Kwa ujumla, dhamana yoyote ya sigma ina sifa ya ukweli kwamba msongamano wa elektroni wa atomi mbili zilizounganishwa huingiliana kwenye mstari unaounganisha vituo (viini) vya atomi. Vifungo vya y vinalingana na kiwango cha juu kinachowezekana cha mwingiliano wa obiti za atomiki, kwa hivyo zina nguvu kabisa. 2. sp2 mseto (hali ya pili ya valence ya kaboni). Inatokea kama matokeo ya mwingiliano wa 2s moja na obiti mbili za 2p. Obiti za mseto za sp2 ziko kwenye ndege moja kwa pembe ya 1200 kwa kila mmoja, na p-orbital isiyo ya mseto ni ya kawaida kwake. Idadi ya jumla ya orbital haibadilika - kuna nne kati yao.

s + px + py + pz = 3sp2 + pz

Hali ya mseto wa sp2 hutokea katika molekuli za alkene, katika vikundi vya carbonyl na carboxyl, i.e. katika misombo yenye dhamana mbili. Kwa hivyo, katika molekuli ya ethilini, elektroni zilizochanganywa za atomi ya kaboni huunda vifungo 3 vya y (vifungo viwili vya aina ya sp 2 -s kati ya atomi ya kaboni na atomi za hidrojeni na kifungo kimoja cha sp 2 -sp 2 kati ya atomi za kaboni). P-elektroni iliyobaki isiyochanganywa ya atomi moja ya kaboni huunda kifungo cha p na p-elektroni isiyochanganywa ya atomi ya pili ya kaboni. Kipengele cha sifa ya p-bond ni kwamba mwingiliano wa obiti za elektroni hutokea nje ya mstari unaounganisha atomi mbili. Muingiliano wa obiti hutokea juu na chini ya dhamana y inayounganisha atomi zote za kaboni. Kwa hivyo, dhamana mara mbili ni mchanganyiko wa y- na p- vifungo. Takwimu mbili za kwanza zinaonyesha kuwa katika molekuli ya ethilini pembe za dhamana kati ya atomi zinazounda molekuli ya ethilini ni 1200 (inayolingana na mwelekeo wa anga wa obiti tatu za mseto za sp2). Takwimu za tatu na nne zinaonyesha uundaji wa p-bond. ethilini (uundaji wa y-bonds) ethilini (kuundwa kwa pi-bond) Kwa kuwa eneo la mwingiliano wa p-orbitali zisizochanganywa katika vifungo vya p ni chini ya eneo la mwingiliano wa orbitals katika y-bond, p-bond. haina nguvu kuliko y-bond na ni rahisi kuvunjika katika athari za kemikali. 3. sp-hybridization (hali ya tatu ya valence ya kaboni). Katika hali ya mseto wa sp-mseto, atomi ya kaboni ina obiti mbili za sp-mseto ziko kwa mstari kwa pembe ya 1800 kwa kila mmoja na p-orbitali mbili zisizo za mseto ziko katika ndege mbili za perpendicular. sp- Hybridization ni ya kawaida kwa alkynes na nitriles, i.e. kwa misombo iliyo na dhamana tatu.

s + px + py + pz = 2sp + py + pz

Kwa hivyo, katika molekuli ya asetilini, pembe za dhamana kati ya atomi ni 1800. Elektroni za mseto za atomi ya kaboni huunda vifungo 2 y (kifungo kimoja cha sp-s kati ya atomi ya kaboni na atomi ya hidrojeni na kifungo kingine cha sp-sp kati ya atomi za kaboni. Elektroni mbili za p-ili ambazo hazijachanganywa za atomi moja ya kaboni huunda vifungo viwili vya p. na p-elektroni zisizochanganywa atomi ya kaboni ya pili Kuingiliana kwa obiti za p-electron hutokea sio tu juu na chini ya y-bond, lakini pia mbele na nyuma, na wingu jumla ya p-elektroni ina sura ya cylindrical. dhamana ya tatu ni mchanganyiko wa y-bondi moja na vifungo viwili vya p Uwepo wa vifungo viwili vya p-vidogo katika molekuli ya asetilini huhakikisha uwezo wa dutu hii kuingia katika athari za ziada kwa kupasuka kwa kifungo cha tatu.

Hitimisho: mseto wa sp3 ni tabia ya misombo ya kaboni. Kama matokeo ya mseto wa s-orbital moja na p-orbitali tatu, obiti nne za mseto za sp3 huundwa, zikielekezwa kwenye vipeo vya tetrahedron na pembe kati ya obiti ya 109 °.

Mfano wa atomi ya kaboni

Elektroni za valence za atomi ya kaboni ziko katika obiti moja ya 2s na obiti mbili za 2p. Obiti za 2p ziko kwenye pembe ya 90 ° kwa kila mmoja, na orbital ya 2s ina ulinganifu wa spherical. Kwa hivyo, mpangilio wa obiti za atomiki za kaboni katika nafasi hauelezei tukio la pembe za dhamana za 109.5 °, 120 ° na 180 ° katika misombo ya kikaboni.

Ili kutatua utata huu, dhana ilianzishwa mseto wa obiti za atomiki. Ili kuelewa asili ya chaguzi tatu za mpangilio wa vifungo vya atomi ya kaboni, ilikuwa ni lazima kuelewa aina tatu za mseto.

Tunadaiwa kuibuka kwa dhana ya mseto kwa Linus Pauling, ambaye alifanya mengi kwa ajili ya maendeleo ya nadharia ya kuunganisha kemikali.

Dhana ya mseto inaeleza jinsi atomi ya kaboni inavyobadilisha obiti zake ili kuunda misombo. Hapo chini tutazingatia mchakato huu wa mabadiliko ya orbital hatua kwa hatua. Inapaswa kukumbushwa katika akili kwamba mgawanyiko wa mchakato wa mseto katika hatua au awamu, kwa kweli, sio kitu zaidi ya mbinu ya akili ambayo inaruhusu uwasilishaji wa kimantiki zaidi na unaopatikana wa dhana. Hata hivyo, hitimisho kuhusu mwelekeo wa anga wa vifungo vya atomi ya kaboni ambayo hatimaye tutafikia yanalingana kikamilifu na hali halisi ya mambo.

Usanidi wa kielektroniki wa atomi ya kaboni ardhini na hali zenye msisimko

Picha iliyo upande wa kushoto inaonyesha usanidi wa kielektroniki wa atomi ya kaboni. Tunavutiwa tu na hatima ya elektroni za valence. Kama matokeo ya hatua ya kwanza, ambayo inaitwa furaha au kukuza, moja ya elektroni za 2s husogea hadi kwenye obiti tupu ya 2p. Katika hatua ya pili, mchakato halisi wa mseto hutokea, ambao unaweza kufikiriwa kwa kiasi fulani kama mchanganyiko wa s-na tatu p-orbitals na uundaji wa obiti nne mpya zinazofanana kutoka kwao, ambayo kila mmoja huhifadhi sifa za s. -obiti kwa robo moja na sifa kwa robo tatu p-orbitali. Orbital hizi mpya zinaitwa sp 3 -mseto. Hapa maandishi kuu ya 3 haimaanishi idadi ya elektroni zinazochukua obiti, lakini idadi ya obiti za p zilizoshiriki katika mseto. Mizunguko ya mseto inaelekezwa kuelekea wima ya tetrahedron, katikati ambayo ni atomi ya kaboni. Kila orbital mseto ya sp 3 ina elektroni moja. Elektroni hizi hushiriki katika hatua ya tatu katika uundaji wa vifungo na atomi nne za hidrojeni, na kutengeneza pembe za dhamana za 109.5 °.

sp3 - mseto. Molekuli ya methane.

Uundaji wa molekuli zilizopangwa na pembe za dhamana za 120 ° zinaonyeshwa kwenye takwimu hapa chini. Hapa, kama ilivyo kwa mseto wa sp 3, hatua ya kwanza ni msisimko. Katika hatua ya pili, 2s moja na obiti mbili za 2p hushiriki katika mseto, na kutengeneza tatu sp 2 -mseto orbitals ziko kwenye ndege moja kwa pembe ya 120 ° kwa kila mmoja.

Uundaji wa obiti tatu za mseto za sp2

P-orbital moja bado haijachanganywa na iko perpendicular kwa ndege ya sp 2 orbital mseto. Kisha (hatua ya tatu) obiti mbili za mseto za sp 2 za atomi mbili za kaboni huchanganya elektroni kuunda dhamana shirikishi. Kifungo kama hicho, kilichoundwa kama matokeo ya mwingiliano wa obiti mbili za atomiki kando ya mstari unaounganisha nuclei ya atomi, huitwa. σ-bondi.

Uundaji wa vifungo vya sigma na pi katika molekuli ya ethilini

Hatua ya nne ni uundaji wa dhamana ya pili kati ya atomi mbili za kaboni. Kifungo huundwa kama matokeo ya kingo zinazopishana za obiti za 2p ambazo hazijachanganywa zinazotazamana na huitwa. π dhamana. Obiti mpya ya molekuli ni mchanganyiko wa kanda mbili zinazochukuliwa na elektroni za π - juu na chini ya σ-bondi. Vifungo vyote viwili (σ na π) kwa pamoja huunda dhamana mara mbili kati ya atomi za kaboni. Na hatimaye, hatua ya mwisho, ya tano ni uundaji wa vifungo kati ya atomi za kaboni na hidrojeni kwa kutumia elektroni za obiti nne zilizobaki za sp 2 mseto.

Kuunganishwa mara mbili katika molekuli ya ethilini

Aina ya tatu na ya mwisho ya mseto inaonyeshwa na mfano wa molekuli rahisi iliyo na dhamana tatu, molekuli ya asetilini. Hatua ya kwanza ni kusisimua atomi, sawa na hapo awali. Katika hatua ya pili, mseto wa 2s moja na obiti moja ya 2p hufanyika na malezi ya mbili. sp-mseto orbitals ambazo ziko kwenye pembe ya 180 °. Na obiti mbili za 2p muhimu kwa uundaji wa vifungo viwili vya π hubakia bila kubadilika.

Uundaji wa obiti mbili za mseto za sp

Hatua inayofuata ni uundaji wa dhamana ya σ kati ya atomi mbili za kaboni zilizochanganywa, kisha vifungo viwili vya π huundwa. Kifungo kimoja cha σ na vifungo viwili vya π kati ya atomi mbili za kaboni kwa pamoja huunda dhamana mara tatu. Hatimaye, vifungo vinaundwa na atomi mbili za hidrojeni. Molekuli ya asetilini ina muundo wa mstari, atomi zote nne ziko kwenye mstari sawa sawa.

Tumeonyesha jinsi aina tatu kuu za jiometri za molekuli katika kemia ya kikaboni hujitokeza kama matokeo ya mabadiliko mbalimbali ya obiti za atomiki za kaboni.

Mbinu mbili zinaweza kupendekezwa kwa ajili ya kuamua aina ya mseto wa atomi mbalimbali katika molekuli.

Mbinu 1. Njia ya jumla, inayofaa kwa molekuli yoyote. Kulingana na utegemezi wa pembe ya dhamana kwenye mseto:

a) pembe za dhamana 109.5 °, 107 ° na 105 ° zinaonyesha sp 3 mseto;

b) angle ya dhamana ya karibu 120 ° -sp 2 -mseto;

c) pembe ya dhamana 180°-sp mseto.

Mbinu 2. Inafaa kwa molekuli nyingi za kikaboni. Kwa kuwa aina ya dhamana (moja, mbili, tatu) inahusishwa na jiometri, inawezekana kuamua aina ya mseto wa atomi fulani kwa asili ya vifungo:

a) miunganisho yote ni rahisi - sp 3 -mseto;

b) dhamana moja mara mbili - sp 2 -mseto;

c) dhamana moja ya tatu - sp-hybridization.

Mseto ni operesheni ya kiakili ya kubadilisha obiti za atomiki za kawaida (zinazofaa zaidi) kuwa obiti mpya, jiometri ambayo inalingana na jiometri iliyoamuliwa kwa majaribio ya molekuli.

Muendelezo. Tazama mwanzo ndani № 15, 16/2004

Somo la 5. Mseto
obiti za atomiki za kaboni

Kifungo cha kemikali shirikishi huundwa kwa kutumia jozi za elektroni zinazounganishwa kama vile:

Unda dhamana ya kemikali, i.e. Ni elektroni tu ambazo hazijaoanishwa zinaweza kuunda jozi ya elektroni ya kawaida na elektroni "ya kigeni" kutoka kwa atomi nyingine. Wakati wa kuandika fomula za elektroniki, elektroni ambazo hazijaoanishwa ziko moja kwa wakati kwenye seli ya obiti.
Obiti ya atomiki ni kazi inayoelezea msongamano wa wingu la elektroni katika kila nukta katika nafasi karibu na kiini cha atomiki. Wingu la elektroni ni eneo la nafasi ambayo elektroni inaweza kugunduliwa kwa uwezekano mkubwa.
Ili kuoanisha muundo wa elektroniki wa atomi ya kaboni na valence ya kipengele hiki, dhana kuhusu msisimko wa atomi ya kaboni hutumiwa. Katika hali ya kawaida (isiyo na msisimko), atomi ya kaboni ina 2 ambazo hazijaoanishwa R 2 elektroni. Katika hali ya msisimko (wakati nishati inapofyonzwa) moja ya 2 s Elektroni 2 zinaweza kwenda bure R-a obiti. Kisha elektroni nne ambazo hazijaoanishwa huonekana kwenye atomi ya kaboni:

Katika kiwango cha pili cha nishati isipokuwa 2 s Kuna obiti tatu 2 R-obiti. Hizi 2 R-obiti zina umbo la ellipsoidal, sawa na dumbbells, na zimeelekezwa katika nafasi kwa pembe ya 90 ° kwa kila mmoja. 2 R- Orbital inaashiria 2 p x, 2p y na 2 p z kwa mujibu wa shoka ambazo orbital hizi ziko.

Hii - sp 3 -mseto.
Mseto- alignment (mchanganyiko) wa obiti za atomiki ( s Na R) na uundaji wa obiti mpya za atomiki zinazoitwa obiti za mseto.

Mizunguko mseto ina umbo la asymmetric, iliyoinuliwa kuelekea atomi iliyoambatanishwa. Mawingu ya elektroni hufukuza kila mmoja na iko katika nafasi mbali iwezekanavyo kutoka kwa kila mmoja. Katika kesi hii, shoka nne sp 3-obiti za mseto kugeuka kuelekezwa kwenye vipeo vya tetrahedron (piramidi ya kawaida ya triangular).
Ipasavyo, pembe kati ya obiti hizi ni tetrahedral, sawa na 109 ° 28".
Vipeo vya obiti za elektroni vinaweza kuingiliana na obiti za atomi zingine. Ikiwa mawingu ya elektroni yanaingiliana kando ya mstari unaounganisha vituo vya atomi, basi dhamana kama hiyo inaitwa. sigma () -unganisho. Kwa mfano, katika molekuli ya ethane C 2 H 6, dhamana ya kemikali huundwa kati ya atomi mbili za kaboni kwa kuingiliana obiti mbili za mseto. Huu ni muunganisho. Kwa kuongeza, kila moja ya atomi za kaboni na tatu zake sp 3-obiti hupishana na s-obiti za atomi tatu za hidrojeni, kutengeneza vifungo vitatu.

Kwa jumla, majimbo matatu ya valence yenye aina tofauti za mseto yanawezekana kwa atomi ya kaboni. Isipokuwa sp 3-mseto upo sp 2 - na sp-mseto.
sp 2 -Mseto- kuchanganya moja s- na mbili R-obiti. Kama matokeo, mahuluti matatu huundwa sp 2 -enye obiti. Haya sp Obiti 2 ziko kwenye ndege moja (yenye shoka X, katika) na huelekezwa kwa wima ya pembetatu na pembe kati ya orbitals ya 120 °. Isiyochanganywa
R-obital ni perpendicular kwa ndege ya mseto tatu sp 2-obiti (zinazoelekezwa kando ya mhimili z) Nusu ya juu R orbitals ziko juu ya ndege, nusu ya chini iko chini ya ndege.
Aina sp Mchanganyiko wa kaboni-2 hutokea katika misombo yenye dhamana mbili: C=C, C=O, C=N. Zaidi ya hayo, ni moja tu ya vifungo kati ya atomi mbili (kwa mfano, C=C) inaweza kuwa - dhamana. (Nyingine za miunganisho ya atomi zimeelekezwa pande tofauti.) Kifungo cha pili huundwa kutokana na mwingiliano usio wa mseto. R-obiti pande zote mbili za mstari unaounganisha viini vya atomiki.

Dhamana ya mshikamano inayoundwa na mwingiliano wa kando R-obiti za atomi za kaboni za jirani huitwa pi()-muunganisho.

Elimu
-mawasiliano

Kwa sababu ya mwingiliano mdogo wa obiti, -bondi haina nguvu kuliko -bondi.
sp-Mseto- hii ni kuchanganya (alignment katika sura na nishati) ya moja s- na moja
R-obiti kuunda mseto mbili sp-obiti. sp-Obiti ziko kwenye mstari mmoja (kwa pembe ya 180 °) na kuelekezwa kwa mwelekeo tofauti kutoka kwa kiini cha atomi ya kaboni. Mbili
R-obiti hubaki bila mseto. Wao huwekwa kwa pande zote za perpendicular
maelekezo ya viunganisho. Kwenye picha sp-obiti huonyeshwa kwenye mhimili y, na mbili ambazo hazijachanganywa
R-obiti - kando ya shoka X Na z.

CC ya dhamana ya kaboni-carbon triple inajumuisha -bondi inayoundwa kwa kuingiliana
sp-obiti za mseto, na vifungo viwili.
Uhusiano kati ya vigezo vya atomi ya kaboni kama idadi ya vikundi vilivyounganishwa, aina ya mseto na aina za vifungo vya kemikali vilivyoundwa imeonyeshwa katika Jedwali la 4.

Jedwali 4

Vifungo vya kaboni vya Covalent

Idadi ya vikundi kuhusiana na kaboni	Aina mseto	Aina kushiriki vifungo vya kemikali	Mifano ya fomula za mchanganyiko
4	sp 3	Nne - viunganisho
3	sp 2	Tatu - viunganisho na moja - uhusiano
2	sp	Mbili - viunganisho na mbili - uhusiano	H–CC–H

Mazoezi.

1. Ni elektroni gani za atomi (kwa mfano, kaboni au nitrojeni) zinazoitwa ambazo hazijaoanishwa?

2. Je, dhana ya "jozi za elektroni zilizoshirikiwa" inamaanisha nini katika misombo yenye dhamana ya ushirikiano (kwa mfano, CH 4 au H 2 S )?

3. Ni hali gani za elektroniki za atomi (kwa mfano, C au N ) huitwa msingi, na ni zipi zinazosisimka?

4. Nambari na herufi zinamaanisha nini katika fomula ya elektroniki ya atomi (kwa mfano, C au N )?

5. Obiti ya atomiki ni nini? Je, kuna obiti ngapi katika kiwango cha pili cha nishati cha atomi C? na zinatofautiana vipi?

6. Je, obiti mseto zina tofauti gani na zile obiti asilia ambazo ziliundwa kwayo?

7. Ni aina gani za mseto zinazojulikana kwa atomi ya kaboni na zinajumuisha nini?

8. Chora picha ya mpangilio wa anga wa obiti kwa mojawapo ya hali ya kielektroniki ya atomi ya kaboni.

9. Vifungo vya kemikali vinavyoitwa na nini? Bainisha-Na-miunganisho katika miunganisho:

10. Kwa atomi za kaboni za misombo hapa chini, onyesha: a) aina ya mseto; b) aina za vifungo vyake vya kemikali; c) pembe za dhamana.

Majibu ya mazoezi ya mada 1

Somo la 5

1. Elektroni ambazo ziko moja kwa wakati kwenye obiti huitwa elektroni ambazo hazijaoanishwa. Kwa mfano, katika fomula ya diffraction ya elektroni ya atomi ya kaboni iliyosisimka kuna elektroni nne ambazo hazijaoanishwa, na atomi ya nitrojeni ina tatu:

2. Elektroni mbili zinazohusika katika uundaji wa dhamana moja ya kemikali huitwa jozi ya elektroni iliyoshirikiwa. Kwa kawaida, kabla ya kuunganisha kemikali, moja ya elektroni katika jozi hii ilikuwa ya atomi moja, na elektroni nyingine ilikuwa ya atomi nyingine:

3. Hali ya kielektroniki ya atomi ambamo mpangilio wa kujaza obiti za elektroni huzingatiwa: 1 s 2 , 2s 2 , 2uk 2 , 3s 2 , 3uk 2 , 4s 2 , 3d 2 , 4uk 2, nk, huitwa hali ya msingi. KATIKA hali ya msisimko moja ya elektroni za valence ya atomi inachukua obiti ya bure na nishati ya juu; Kwa utaratibu imeandikwa kama hii:

Wakati katika hali ya chini kulikuwa na elektroni mbili tu za valence ambazo hazijaunganishwa, katika hali ya msisimko kuna elektroni nne kama hizo.

5. Obiti ya atomiki ni kazi inayoelezea msongamano wa wingu la elektroni katika kila nukta katika nafasi karibu na kiini cha atomi fulani. Katika kiwango cha pili cha nishati ya atomi ya kaboni kuna obiti nne - 2 s, 2p x, 2p y, 2p z. Orbital hizi ni tofauti:
a) sura ya wingu la elektroni ( s- mpira, R- dumbbell);
b) R-obiti huwa na mielekeo tofauti katika nafasi - pamoja na shoka zenye pande zote mbili x, y Na z, wameteuliwa p x, p y, p z.

6. Obiti mseto hutofautiana na obiti asilia (zisizo za mseto) kwa umbo na nishati. Kwa mfano, s-orbital - umbo la tufe; R- mchoro wa nane wa ulinganifu; sp-Obitali ya mseto - sura ya nane isiyolinganishwa.
Tofauti za nishati: E(s) < E(sp) < E(R) Hivyo, sp-orbital - obiti ya wastani ya umbo na nishati, inayopatikana kwa kuchanganya asili s- Na uk-obiti.

7. Kwa atomi ya kaboni, aina tatu za mseto zinajulikana: sp 3 , sp 2 na sp (tazama maandishi ya somo la 5).

9. -bond - dhamana ya ushirikiano inayoundwa na kuingiliana kwa uso kwa obiti kwenye mstari unaounganisha vituo vya atomi.
-bondi - dhamana ya ushirikiano inayoundwa na mwingiliano wa upande R-obiti pande zote mbili za mstari unaounganisha vituo vya atomi.
-Vifungo vinaonyeshwa na mstari wa pili na wa tatu kati ya atomi zilizounganishwa.