Гібридизація атомних орбіталей
Таким чином, метод ВС простими засобами дозволяє пояснити виникнення і властивості хімічних зв’язків у багатьох з’єднаннях. Але в ряді випадків є явні розбіжності експериментальних даних і теоретичних передбачень методу в тій його формі, яку запропонували В. Гайтлер і Ф. Лондон.
Видатний американський вчений нашого часу Л. Полінг запропонував удосконалення методу ВС. Він висунув додаткове положення про можливість гібридизації атомних орбіталей при утворенні хімічних зв’язків.
Гибридизацией називають освіту однакових по енергії і формі орбіталей атома в результаті складання різних за енергії і формі орбіталей при порушенні цього атома.
Число гібридних орбіталей дорівнює числу сумміруемих орбіта-лей φi. При утворенні молекули метану складаються 4 орбіталі вуглецю φi: 2s, 2рх, 2ру, 2рг В результаті отримують 4 однакові за формою і енергії гібридні орбіталі з різною орієнтацією в просторі. Назва гібридних орбіталей визначається числом і типом складаються орбіталей. У разі метану spxpypz = sp3. Відповідно говорять, що має місце sp3-гібридизація.
Гібридні орбіталі даного атома беруть участь в утворенні циклічної зв’язку відповідно з 1-м положенням методу ВС так само, як і звичайні: шляхом перекривання та обміну електронами з орбіта-лями іншого атома. sp3-Гібридизація вуглецю має місце не тільки в метані, але і в молекулах інших граничних вуглеводнів – гомологів метану. Крім вуглецю, sp3-гібридні орбіталі можуть мати атоми інших елементів, наприклад бору, азоту, кремнію.
При утворенні ненасичених сполук вуглецю з подвійними зв’язками відбувається sp2-гібридизація: φg = sp2 = 2s ± 2рх ± 2ру.
У етилену С2Н4 кожен атом вуглецю має три sр2-гібридні орбіталі і одну негібрідізірованную 2рz орбіталь. sр2-Орбіталі лежать в одній площині. Їх “лопаті” орієнтовані під кутом 120 ° один до одного. Атоми вуглецю пов’язані подвійним зв’язком. Одна
Зв’язок σsp2 утворюється шляхом перекривання sр2-орбіталей на прямій, що з’єднує ядра атомів С, інша зв’язок πр1 виникає в результаті перекривання негібрідізірованних рz-орбіталей поза цією прямою. Чотири атома водню утворюють одинарні σ-зв’язку шляхом перекривання 1s – і sр2-орбіталей.
Таким чином, на основі методу ВС можна зробити ряд пророкувань. Шість атомів молекули етилену С2Н4 лежать в одній площині. Валентні кути однакові і рівні 120 °. У похідних етилену заміщають атоми також лежать в одній площині. Міцність π-зв’язку велика. Тому в звичайних умовах обертання близько С-С-зв’язку не відбувається. В результаті можливе існування геометричних цис – і транс-ізомерів. Ці теоретичні передбачення узгоджуються з експериментальними вимірами.
За схемою, описаною для етилену, подвійна зв’язок може утворитися між атомами різних елементів. Наприклад, зв’язок С = О в кетонах і альдегідах. При утворенні ацетилену (Етін) С2Н2 і його похідних з потрійними зв’язками відбувається sp-гібридизація: φg = sp = 2s ± 2px.
У ацетилені кожен атом вуглецю має дві sp-гібридні орбіталі і дві негібрідізованние (2ру і 2рz) орбіталі. sp-Орбіталі орієнтовані по осі х в протилежних напрямках. Атоми вуглецю пов’язані потрійним зв’язком. Одна зв’язок asp утворюється шляхом перекривання sp-орбіталей на прямій, що з’єднує ядра атомів С. Дві пр-зв’язки виникають в результаті перекривання негібрідізованних р-орбіталей поза цією прямою. Два атома водню утворюють одинарні a-зв’язку шляхом перекривання 1s – і 2р-орбіталей. Для ацетилену С2Н2 метод ВС прогнозує лінійну форму молекули, при якій всі чотири атома лежать на одній прямій. Всі валентні кути рівні 180 °. Потрійна зв’язок має бути міцнішою, ніж подвійна. Ці передбачення підтверджуються експериментом.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)