Hibridləşmə növləri. Elektron orbitallarının hibridləşməsi və molekulların həndəsəsi

Atom orbital hibridləşməsi atomların birləşmələr əmələ gətirərkən orbitallarını necə dəyişdiyini anlamaq prosesidir. Beləliklə, hibridləşmə nədir və onun hansı növləri mövcuddur?

Atom orbitallarının hibridləşməsinin ümumi xarakteristikası

Atom orbital hibridləşməsi mərkəzi atomun müxtəlif orbitallarının qarışması və nəticədə eyni xüsusiyyətlərə malik orbitalların əmələ gəlməsi prosesidir.

Hibridləşmə kovalent bağın əmələ gəlməsi zamanı baş verir.

Hibrid orbital sonsuzluq işarəsi və ya atom nüvəsindən uzaqlaşan asimmetrik tərs səkkiz rəqəmi formasına malikdir. Bu forma hibrid orbitalların digər atomların orbitalları ilə (saf və ya hibrid) daha güclü üst-üstə düşməsinə səbəb olur və təmiz atom orbitallarına nisbətən daha güclü kovalent bağların yaranmasına səbəb olur.

düyü. 1. Hibrid orbital görünüş.

İlk dəfə atom orbitallarının hibridləşdirilməsi ideyasını amerikalı alim L.Paulinq irəli sürmüşdür. O hesab edirdi ki, kimyəvi rabitəyə daxil olan atomun müxtəlif atom orbitalları (s-, p-, d-, f-orbitalları) olur, nəticədə bu orbitalların hibridləşməsi baş verir. Prosesin mahiyyəti ondan ibarətdir ki, müxtəlif orbitallardan bir-birinə ekvivalent atom orbitalları əmələ gəlir.

Atom orbitallarının hibridləşməsinin növləri

Hibridləşmənin bir neçə növü var:

. Bu növ hibridləşmə bir s-orbital və bir p-orbital qarışdıqda baş verir. Nəticədə iki tam hüquqlu sp-orbital əmələ gəlir. Bu orbitallar atom nüvəsinə elə yerləşdirilib ki, aralarındakı bucaq 180 dərəcə olsun.

düyü. 2. sp hibridləşməsi.

sp2 hibridləşməsi. Bu növ hibridləşmə bir s-orbital və iki p-orbital qarışdıqda baş verir. Nəticədə eyni müstəvidə bir-birinə 120 dərəcə bucaq altında yerləşən üç hibrid orbital əmələ gəlir.
. Bu növ hibridləşmə bir s-orbital və üç p-orbital qarışdıqda baş verir. Nəticədə dörd tam hüquqlu sp3 orbitalları əmələ gəlir. Bu orbitallar tetraedrin yuxarı hissəsinə yönəldilir və bir-birinə 109,28 dərəcə bucaq altında yerləşir.

sp3 hibridləşməsi bir çox elementə, məsələn, karbon atomuna və digər qrup IVA maddələrinə (CH 4, SiH 4, SiF 4, GeH 4 və s.)

düyü. 3. sp3 hibridləşməsi.

Atomların d-orbitallarını əhatə edən daha mürəkkəb hibridləşmə növləri də mümkündür.

Biz nə öyrəndik?

Hibridləşmə bir atomun müxtəlif orbitallarının eyni (ekvivalent) hibrid orbitalları əmələ gətirdiyi mürəkkəb kimyəvi prosesdir. Hibridləşmə nəzəriyyəsini ilk səsləndirən amerikalı L.Paulinq olmuşdur. Hibridləşmənin üç əsas növü var: sp hibridləşməsi, sp2 hibridləşməsi, sp3 hibridləşməsi. D-orbitalları əhatə edən daha mürəkkəb hibridləşmə növləri də var.

Kimyanın vəzifələrindən biri də maddənin quruluşunun öyrənilməsi, o cümlədən bir kimyəvi elementin atomlarının əmələ gətirdiyi sadə maddələrdən müxtəlif birləşmələrin əmələ gəlməsi mexanizminin aydınlaşdırılmasıdır. Atomların qarşılıqlı təsirinin xüsusiyyətləri, daha dəqiq desək, onların əks yüklü komponentləri - elektron qabıqları və nüvələri müxtəlif növ kimyəvi bağlar kimi təsvir olunur. Deməli, maddələr kovalent rabitə vasitəsilə əmələ gəlir ki, onun təsviri üçün 1931-ci ildə amerikalı kimyaçı L.Paulinq atom orbitallarının hibridləşməsi modelini təklif etmişdir.

Kovalent rabitə anlayışı

Qarşılıqlı təsir prosesində iki atom üçün ümumi olan bir cüt valent elektron buludunun meydana gəlməsi baş verdikdə, onlar kovalent bağdan danışırlar. Onun meydana gəlməsi nəticəsində sadə və ya mürəkkəb maddənin ən kiçik hissəciyi - molekul əmələ gəlir.

Kovalent bağın xüsusiyyətlərindən biri onun istiqamətliliyidir - sferik simmetriyaya malik olmayan, müəyyən bir fəza orientasiyasına malik olan p, d və f elektron orbitallarının mürəkkəb formasının nəticəsidir. Bu tip kimyəvi bağın digər mühüm xüsusiyyəti atomdakı xarici - valentlik - buludların məhdud sayda olması səbəbindən doymadır. Buna görə bir molekulun, məsələn, H 2 O-nun mövcudluğu mümkündür, lakin H 5 O mümkün deyil.

Kovalent bağın növləri

Ortaq elektron cütlərinin əmələ gəlməsi müxtəlif yollarla baş verə bilər. Kovalent bağın əmələ gəlmə mexanizmində buludun üst-üstə düşməsinin təbiəti və yaranan buludun məkan simmetriyası mühüm rol oynayır. Bu meyara görə L.Paulinq aşağıdakı növləri ayırmağı təklif etmişdir:

Siqma bağı (σ) atom nüvələrindən keçən ox boyunca ən böyük üst-üstə düşmə dərəcəsi ilə fərqlənir. Burada buludun sıxlığı maksimum olacaq.
Pi bağı (π) yanal üst-üstə düşmədə əmələ gəlir və elektron buludu, müvafiq olaraq, nüvələri birləşdirən oxun xaricində ən yüksək sıxlığa malikdir.

Bu fəza xarakteristikaları kovalent bağın enerji parametrləri ilə əlaqəli olduğu üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir.

Çox atomlu molekulların xüsusiyyətləri

Hibridləşmə anlayışı Polinq tərəfindən poliatomik molekullarda kovalent bağların xüsusiyyətlərindən birini izah etmək üçün təqdim edilmişdir. Məlumdur ki, belə molekullarda mərkəzi atomun yaratdığı bağlar məkan və enerji xüsusiyyətlərinə görə eyni olur. Bu, ümumi elektron cütünün əmələ gəlməsində hansı orbitalların (s, p və ya d) iştirak etməsindən asılı olmayaraq baş verir.

Bu fenomeni göstərmək üçün çox əlverişli və nümunəvi nümunə karbon atomudur. Kimyəvi əlaqəyə girərkən həyəcanlı vəziyyətdə olan bir atom 4 valent orbitala malikdir: 2s, 2p x, 2p y və 2p z. Son üçü enerji və forma baxımından 2s orbitalından fərqlənir. Buna baxmayaraq, bir molekulda, məsələn, metan CH 4, dörd bağın hamısı tamamilə ekvivalentdir və 109,5 ° əlaqə açılarına malikdir (p-orbitallar 90 ° bucaq altında yerləşir). Digər karbon birləşmələrində 120° və 180° birləşmə açıları meydana gəlir; azot (ammiak NH 3) və oksigen (su H 2 O) olan molekullarda bu açılar 107,5° və 104,5°-dir. Belə bağ bucaqlarının meydana gəlməsi də izahat tələb edirdi.

Fenomenin mahiyyəti

Hibridləşmə ideyası, yaxın enerji dəyərləri olan müxtəlif növ elektron buludlarının üst-üstə düşməsi ilə orta orbitalların əmələ gəlməsidir - s, p, bəzən d. Nəticədə - hibrid - orbitalların sayı üst-üstə düşən buludların sayına uyğundur. Orbital bir atomun müəyyən bir nöqtəsində elektron tapmağın müəyyənedici ehtimalı olduğundan, hibrid orbital bir atom həyəcanlandıqda elektron keçidlər nəticəsində meydana gələn dalğa funksiyalarının superpozisiyasıdır. Yalnız istiqamətdə fərqlənən ekvivalent dalğa funksiyalarının yaranmasına gətirib çıxarır.

Hibrid orbitallar enerji baxımından ekvivalentdir və nüvəyə nisbətən güclü asimmetriyaya malik olan səkkiz həcmli formada eyni formaya malikdirlər. Hibrid orbitallarla güclü kovalent əlaqənin formalaşması zamanı ayrılandan daha az enerji hibridləşməyə sərf olunur, buna görə də bu proses enerji baxımından əlverişlidir, yəni ən çox ehtimal olunur.

orbitalların hibridləşməsi və molekulların həndəsəsi

Atomda xarici elektron buludlarının üst-üstə düşməsinin (qarışdırılmasının) müxtəlif variantları mümkündür. Ən çox yayılmış orbitalların aşağıdakı superpozisiya növləridir:

Sp 3 hibridləşməsi. Bu variant bir s- və üç p-orbitalının üst-üstə qoyulması ilə həyata keçirilir. Bunun nəticəsində dörd hibrid orbital yaranır ki, onların oxları elektronların minimum qarşılıqlı itələnməsinə uyğun gələn 109,5° bucaqlarda istənilən cüt üçün yönəldilir. Bu orbitallar digər atomlarla σ-bağlarına daxil olduqda, tetrahedral konfiqurasiyalı bir molekul əmələ gəlir, məsələn, metan, etan C 2 H 6 (iki tetraedrin birləşməsi), ammonyak, su. Ammonyak molekulunda bir, su molekulunda isə tetraedrin təpələrindən ikisi bölüşdürülməmiş elektron cütləri tərəfindən tutulur ki, bu da əlaqə bucağının azalmasına səbəb olur.
Sp 2 hibridləşməsi bir s və iki p orbitalları birləşdirildikdə baş verir. Bu halda üç hibrid orbital eyni müstəvidə 120° bucaq altında yerləşir. Bənzər üçbucaqlı forma, məsələn, müxtəlif texnologiyalarda istifadə olunan bor trixlorid BCl 3 molekullarına malikdir. Başqa bir misal - etilen molekulu - bir p-orbitalın hibrid olmadığı və iki üçbucağın əmələ gətirdiyi müstəviyə perpendikulyar yönəldilmiş karbon atomları arasında əlavə π-bağ hesabına əmələ gəlir.
Sp hibridləşməsi bir s və bir p orbital qarışdıqda baş verir. İki hibrid bulud 180° bucaq altında yerləşir və molekul xətti konfiqurasiyaya malikdir. Buna misal olaraq berillium xlorid BeCl 2 və ya asetilen C 2 H 2 molekullarını göstərmək olar (sonuncuda karbonun iki qeyri-hibrid p-orbitalı əlavə π-bağları əmələ gətirir).

Atom orbitallarının hibridləşməsinin daha mürəkkəb variantları da mövcuddur: sp 3 d, sp 3 d 2 və başqaları.

Hibridləşmə modelinin rolu

Paulinqin konsepsiyası molekulların strukturunun yaxşı keyfiyyətcə təsvirini verir. Rahat və illüstrativdir və kovalent birləşmələrin bəzi xüsusiyyətlərini, məsələn, bağ açılarının böyüklüyü və ya kimyəvi bağın uzunluğunun uyğunlaşdırılmasını uğurla izah edir. Bununla belə, modelin kəmiyyət tərəfi qənaətbəxş hesab edilə bilməz, çünki o, molekulların struktur xüsusiyyətləri ilə bağlı fiziki təsirlərə, məsələn, molekulyar fotoelektron spektrlərinə aid bir çox mühüm proqnozlar verməyə imkan vermir. Hibridləşmə konsepsiyasının müəllifi özü onun çatışmazlıqlarını 1950-ci illərin əvvəllərində qeyd etmişdir.

Buna baxmayaraq, atom orbitallarının hibridləşməsi modeli maddənin quruluşu haqqında müasir fikirlərin inkişafında mühüm rol oynamışdır. Bunun əsasında daha adekvat konsepsiyalar işlənib hazırlanmışdır, məsələn, elektron cütlərinin itələnməsi nəzəriyyəsi. Ona görə də təbii ki, hibridləşmə modeli nəzəri kimyanın inkişafında mühüm addım idi və molekulların elektron quruluşunun bəzi aspektlərinin təsvirində indiki dövrdə kifayət qədər tətbiq olunur.

Valentlik bağları üsulu bir çox molekulların məkan xüsusiyyətlərini əyani şəkildə izah etməyə imkan verir. Ancaq orbitalların formaları haqqında adi fikir, mərkəzi atom fərqlidirsə, niyə sualına cavab vermək üçün kifayət deyil - s, səh, d- valent orbitallar, onun eyni əvəzediciləri olan molekullarda yaratdığı bağlar enerji və məkan xüsusiyyətlərinə görə ekvivalent olur. XIX əsrin iyirminci illərində Linus Pauling elektron orbitalların hibridləşməsi konsepsiyasını təklif etdi. Hibridləşmə atom orbitallarının forma və enerjiyə görə düzülməsinin mücərrəd modeli kimi başa düşülür.

Hibrid orbitalların formasına dair nümunələr Cədvəl 5-də verilmişdir.

Cədvəl 5. Hibrid sp, sp 2 , sp 3 orbital

Molekulların həndəsi formasını və əlaqə bucaqlarının miqyasını izah edərkən hibridləşmə konsepsiyasından istifadə etmək rahatdır (2-5-ci tapşırıqların nümunələri).

VS üsulu ilə molekulların həndəsəsini təyin etmək üçün alqoritm:

a. Mərkəzi atomu və terminal atomları ilə σ-bağlarının sayını təyin edin.

b. Xarici elektron səviyyələrin molekullarını və qrafik şəkillərini təşkil edən bütün atomların elektron konfiqurasiyalarını tərtib edin.

in. VS metodunun prinsiplərinə görə, hər bir əlaqənin yaranması üçün bir cüt elektron, ümumi halda hər atomdan bir elektron lazımdır. Mərkəzi atom üçün kifayət qədər qoşalaşmamış elektronlar yoxdursa, elektron cütlərindən birinin daha yüksək enerji səviyyəsinə keçməsi ilə atomun həyəcanlandığını düşünmək lazımdır.

d) Bütün bağları və birinci dövrün elementləri üçün qoşalaşmamış elektronları nəzərə alaraq hibridləşmənin tələbatını və növünü təklif edin.

e) Yuxarıdakı nəticələrə əsasən, molekuldakı bütün atomların elektron orbitallarını (hibrid və ya olmayan) və onların üst-üstə düşməsini təsvir edin. Molekulun həndəsəsi və əlaqə bucaqlarının təxmini qiyməti haqqında nəticə çıxarın.

e) Atomların elektronmənfilik dəyərlərinə əsaslanaraq bağın polarite dərəcəsini təyin edin (Cədvəl 6) Müsbət və mənfi yüklərin ağırlıq mərkəzlərinin və/və ya yerləşməsinə əsaslanaraq dipol momentinin mövcudluğunu müəyyənləşdirin. molekulun simmetriyası.

Cədvəl 6. Paulingə görə bəzi elementlərin elektromənfilik dəyərləri

Tapşırıq nümunələri

Məşq 1. BC metodundan istifadə edərək CO molekulunda kimyəvi bağı təsvir edin.

Həll (şək. 25)

a. Molekulu təşkil edən bütün atomların elektron konfiqurasiyalarını tərtib edin.

b. Bağ yaratmaq üçün sosiallaşmış elektron cütləri yaratmaq lazımdır

Şəkil 25. CO molekulunda rabitə əmələ gəlməsinin sxemi (orbitalların hibridləşməsi olmadan)

Nəticə: CO molekulunda C≡O üçlü bağ var

CO molekulu üçün varlığını güman edə bilərik sp-hər iki atomun orbitallarının hibridləşməsi (şək. 26). Bağın formalaşmasında iştirak etməyən qoşalaşmış elektronlar aktivdir sp hibrid orbital.

Şəkil 26. CO molekulunda rabitə əmələ gəlməsinin sxemi (orbitalların hibridləşməsi nəzərə alınmaqla)

Tapşırıq 2. VS metoduna əsasən, BeH 2 molekulunun fəza quruluşunu təklif edin və molekulun dipol olub-olmadığını müəyyənləşdirin.

Problemin həlli Cədvəl 7-də təqdim olunur.

Cədvəl 7. BeH 2 molekulunun həndəsəsinin təyini

	Elektron konfiqurasiya		Qeydlər
a.			Mərkəzi atom berilyumdur. Hidrogen atomları ilə iki ϭ bağı yaratmaq lazımdır
b.	H: 1 s 1 Olun: 2 s 2		Hidrogen atomunun qoşalaşmamış elektronu var, berilyum atomunda bütün elektronlar qoşalaşmışdır, həyəcanlanmış vəziyyətə keçirilməlidir.
in.	H: 1 s 1 Ol*: 2 s 1 2səh 1		Bir hidrogen atomu 2 hesabına berilyuma bağlanarsa s-berilyumun elektronu, digəri isə 2-yə görə səh-berilyumun elektronu, onda molekulun enerji cəhətdən əsaslandırılmamış simmetriyası olmaz və Be–H bağları ekvivalent olmazdı.
G.	H: 1 s 1 Be*: 2( sp) 2		Ehtimal etmək lazımdır ki, orada sp- hibridləşmə
d.			iki sp-hibrid orbitallar 180 ° bucaq altında yerləşir, BeH 2 molekulu xəttidir
e.		Elektroneqativlik χ H = 2.1, χ Be = 1.5, buna görə də bağ kovalent qütbdür, elektron sıxlığı hidrogen atomuna keçir, üzərində kiçik bir mənfi yük δ– görünür. Berilyum atomunda δ+. Müsbət və mənfi yüklərin ağırlıq mərkəzləri üst-üstə düşdüyündən (simmetrikdir), molekul dipol deyil.

Oxşar əsaslandırma molekulların həndəsəsini təsvir etməyə kömək edəcəkdir sp 2 - və sp 3 hibrid orbital (Cədvəl 8).

Cədvəl 8. BF 3 və CH 4 molekullarının həndəsəsi

Tapşırıq 3. VS metoduna əsasən, H 2 O molekulunun fəza quruluşunu təklif edin və molekulun dipol olub-olmadığını müəyyənləşdirin. İki mümkün həll yolu var, onlar 9 və 10-cu cədvəllərdə təqdim olunur.

Cədvəl 9. H 2 O molekulunun həndəsəsinin təyini (orbital hibridləşmə olmadan)

	Elektron konfiqurasiya	Xarici səviyyəli orbitalların qrafik təsviri	Qeydlər
a.
b.	H: 1 s 1O:2 s 2 2səh 4
in.			Hidrogen atomları ilə iki ϭ bağı yaratmaq üçün kifayət qədər qoşalaşmamış elektronlar var.
G.			hibridləşməyə laqeyd yanaşmaq olar.
d.
e.

Beləliklə, bir su molekulunun təxminən 90 ° bir əlaqə bucağı olmalıdır. Bununla belə, bağlar arasındakı bucaq təxminən 104 °-dir.

Bunu izah etmək olar

1) yaxın məsafədə yerləşən hidrogen atomlarının itməsi.

2) Orbitalların hibridləşməsi (cədvəl 10).

Cədvəl 10. H 2 O molekulunun həndəsəsinin təyini (orbitalların hibridləşməsi nəzərə alınmaqla)

	Elektron konfiqurasiya	Xarici səviyyəli orbitalların qrafik təsviri	Qeydlər
a.			Mərkəzi atom oksigendir. Hidrogen atomları ilə iki ϭ bağı yaratmaq lazımdır.
b.	H: 1 s 1O:2 s 2 2səh 4		Hidrogen atomunun qoşalaşmamış elektronu, oksigen atomunun iki qoşalaşmamış elektronu var.
in.			Hidrogen atomunun qoşalaşmamış elektronu, oksigen atomunun iki qoşalaşmamış elektronu var.
G.			104 ° bucaq varlığını göstərir sp 3 - hibridləşmə.
d.			iki sp 3-hibrid orbitallar təqribən 109° bucaq altında yerləşir, H 2 O molekulu formaca tetraedrə yaxındır, əlaqə bucağının azalması elektron bağlanmayan cütün təsiri ilə izah olunur.
e.		Elektroneqativlik χ H = 2.1, χ O = 3.5, buna görə də rabitə kovalent qütbdür, elektron sıxlığı oksigen atomuna keçir, onun üzərində kiçik bir mənfi yük 2δ– görünür.Hidrogen atomunda δ+. Müsbət və mənfi yüklərin ağırlıq mərkəzləri üst-üstə düşmədiyindən (simmetrik deyil), molekul dipoldur.

Oxşar mülahizə ammiak molekulunda NH 3-də əlaqə bucaqlarını izah etməyə imkan verir. Paylaşılmamış elektron cütlərinin iştirakı ilə hibridləşmə adətən yalnız II dövr elementlərinin atomlarının orbitalları üçün nəzərdə tutulur. Molekullarda bağ açıları H 2 S = 92 °, H 2 Se = 91 °, H 2 Te = 89 °. Eyni hal NH 3 , РH 3 , ASH 3 seriyalarında da müşahidə olunur . Bu molekulların həndəsəsini təsvir edərkən, ənənəvi olaraq ya hibridləşmə konsepsiyasına müraciət etmir, ya da tetraedral bucağın azalması tək cütün artan təsiri ilə izah olunur.

Atom orbitallarının hibridləşməsi və molekulların həndəsəsi

İkidən çox atomdan ibarət molekulun mühüm xüsusiyyəti onun olmasıdır həndəsi konfiqurasiya. Kimyəvi bağların yaranmasında iştirak edən atom orbitallarının qarşılıqlı düzülüşü ilə müəyyən edilir.

Elektron buludların üst-üstə düşməsi yalnız elektron buludların müəyyən qarşılıqlı oriyentasiyası ilə mümkündür; bu zaman üst-üstə düşmə bölgəsi qarşılıqlı təsirdə olan atomlara münasibətdə müəyyən istiqamətdə yerləşir.

Cədvəl 1 Orbitalların hibridləşməsi və molekulların məkan konfiqurasiyası

Həyəcanlanmış berillium atomu 2s 1 2p 1, həyəcanlanmış bor atomu - 2s 1 2p 2 və həyəcanlanmış karbon atomu - 2s 1 2p 3 konfiqurasiyaya malikdir. Buna görə də güman etmək olar ki, kimyəvi bağların yaranmasında eyni deyil, fərqli atom orbitalları iştirak edə bilər. Məsələn, BeCl 2 , BeCl 3 , CCl 4 kimi birləşmələrdə qeyri-bərabər güclü və istiqamətli rabitələr olmalıdır və p-orbitallardan σ-bağlar s-orbitallardan daha güclü olmalıdır, çünki p-orbitallar üçün üst-üstə düşmək üçün daha əlverişli şərait var. Lakin təcrübə göstərir ki, müxtəlif valent orbitalları (s, p, d) olan mərkəzi atomları ehtiva edən molekullarda bütün bağlar ekvivalentdir. Bunun izahını Slater və Pauling verib. Onlar belə nəticəyə gəliblər ki, enerji baxımından çox da fərqlənməyən müxtəlif orbitallar müvafiq sayda hibrid orbitallar əmələ gətirirlər. Hibrid (qarışıq) orbitallar müxtəlif atom orbitallarından əmələ gəlir. Hibrid orbitalların sayı hibridləşmədə iştirak edən atom orbitallarının sayına bərabərdir. Hibrid orbitallar elektron bulud şəklində və enerji baxımından eynidir. Atom orbitalları ilə müqayisədə onlar kimyəvi bağların əmələ gəlməsi istiqamətində daha uzundur və buna görə də elektron buludlarının daha yaxşı üst-üstə düşməsinə səbəb olurlar.

Atom orbitallarının hibridləşməsi enerji tələb edir, ona görə də təcrid olunmuş atomdakı hibrid orbitallar qeyri-sabitdir və təmiz AO-lara çevrilməyə meyllidirlər. Kimyəvi bağlar yarandıqda hibrid orbitallar sabitləşir. Hibrid orbitalların yaratdığı daha güclü bağlar sayəsində sistemdən daha çox enerji ayrılır və buna görə də sistem daha sabit olur.

sp hibridləşməsi, məsələn, Be, Zn, Co və Hg (II) halidlərinin əmələ gəlməsində baş verir. Valentlik vəziyyətində bütün metal halidləri müvafiq enerji səviyyəsində s və p-qoşalaşmamış elektronları ehtiva edir. Molekul əmələ gələndə bir s- və bir p-orbital 180 o bucaq altında iki hibrid sp-orbital əmələ gətirir.

şək.3 sp hibrid orbitalları

Eksperimental məlumatlar göstərir ki, bütün Be, Zn, Cd və Hg(II) halidləri xəttidir və hər iki bağ eyni uzunluqdadır.

sp 2 hibridləşməsi

Bir s-orbital və iki p-orbitalın hibridləşməsi nəticəsində eyni müstəvidə bir-birinə 120° bucaq altında yerləşən üç hibrid sp 2 orbital əmələ gəlir. Bu, məsələn, BF 3 molekulunun konfiqurasiyasıdır:

Şəkil 4 sp 2 hibridləşməsi

sp 3 hibridləşməsi

sp 3 hibridləşməsi karbon birləşmələri üçün xarakterikdir. Bir s-orbital və üç hibridləşmə nəticəsində

p-orbitallar, dörd hibrid sp 3 -orbitallar əmələ gəlir, orbitallar arasında 109,5 o bucaq ilə tetraedrin təpələrinə yönəldilir. Hibridləşmə, karbon atomunun birləşmələrdəki digər atomlarla bağlarının tam ekvivalentliyində özünü göstərir, məsələn, CH 4, CCl 4, C (CH 3) 4 və s.

Şəkil 5 sp 3 hibridləşməsi

Əgər bütün hibrid orbitallar eyni atomlara bağlıdırsa, o zaman bağlar bir-birindən fərqlənmir. Digər hallarda, standart bağ açılarından kiçik sapmalar baş verir. Məsələn, su molekulunda H 2 O oksigen - sp 3 -hibrid, nizamsız tetraedrin mərkəzində yerləşir, onun təpələrində iki hidrogen atomu və iki tək elektron cüt "baxır" (şək. 2). Atomların mərkəzlərinə baxsanız, molekulun forması bucaqlıdır. HOH-nin bağlanma bucağı 105°-dir ki, bu da nəzəri dəyəri 109°-ə olduqca yaxındır.

Şəkil 6 sp 3 molekullarda oksigen və azot atomlarının hibridləşməsi a) H 2 O və b) NCl 3.

Əgər hibridləşmə olmasaydı (“O-H bağlarının düzülməsi”), HOH bağının bucağı 90° olardı, çünki hidrogen atomları iki qarşılıqlı perpendikulyar p-orbitala bağlanacaqdı. Bu halda dünyamız yəqin ki, tamam başqa cür görünərdi.

Hibridləşmə nəzəriyyəsi ammonyak molekulunun həndəsəsini izah edir. 2s və üç 2p azot orbitalının hibridləşməsi nəticəsində dörd sp 3 hibrid orbital əmələ gəlir. Molekulun konfiqurasiyası təhrif olunmuş tetraedrdir, burada üç hibrid orbital kimyəvi bağın yaranmasında iştirak edir, dördüncüsü isə bir cüt elektronla iştirak etmir. N-H bağları arasındakı bucaqlar piramidada olduğu kimi 90 o-ya bərabər deyil, lakin tetraedrə uyğun gələn 109,5 o-ya bərabər deyil.

Şəkil 7 sp 3 - ammonyak molekulunda hibridləşmə

Ammonyak bir hidrogen ionu ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, konfiqurasiyası tetraedr olan donor-akseptor qarşılıqlı təsiri nəticəsində ammonium ionu əmələ gəlir.

Hibridləşmə künc su molekulunda O-H bağları arasındakı bucaq fərqini də izah edir. 2s və üç 2p oksigen orbitalının hibridləşməsi nəticəsində dörd sp 3 hibrid orbital əmələ gəlir ki, onlardan yalnız ikisi kimyəvi əlaqənin əmələ gəlməsində iştirak edir ki, bu da tetraedrə uyğun olan bucağın pozulmasına gətirib çıxarır.

Şəkil 8 su molekulunda sp 3 hibridləşməsi

Hibridləşmə təkcə s- və p- deyil, həm də d- və f-orbitalları əhatə edə bilər.

sp 3 d 2 hibridləşmə ilə 6 ekvivalent bulud əmələ gəlir. 4-, 4- kimi birləşmələrdə müşahidə olunur. Bu halda, molekul oktaedr konfiqurasiyasına malikdir:

düyü. 9 d 2 sp 3 -ion 4-də hibridləşmə

Hibridləşmə ilə bağlı fikirlər molekulların quruluşunun başqa heç bir şəkildə izah edilə bilməyən xüsusiyyətlərini başa düşməyə imkan verir.

Atom orbitallarının (AO) hibridləşməsi elektron buludunun digər atomlarla əlaqə əmələ gəlməsi istiqamətində sürüşməsinə səbəb olur. Nəticədə hibrid orbitalların üst-üstə düşən bölgələri təmiz orbitallardan daha böyük olur və bağlanma gücü artır.

Kovalent bağ üzvi maddələr dünyasında ən çox yayılmışdır, doyma, qütbləşmə və məkanda oriyentasiya ilə xarakterizə olunur.

Kovalent bağın doyması atomun yarada biləcəyi ümumi elektron cütlərinin sayının məhdud olmasıdır. Buna görə kovalent birləşmələr ciddi şəkildə müəyyən edilmiş tərkibə malikdir. Buna görə də, məsələn, H 2, N 2, CH 4 molekulları var, lakin H 3, N 4, CH 5 molekulları yoxdur.

Kovalent bağın qütbləşmə qabiliyyəti molekulların (və onlarda olan ayrı-ayrı bağların) xarici elektrik sahəsinin təsiri altında qütblərini dəyişmək qabiliyyətinə - qütbləşmə qabiliyyətinə bağlıdır.

Qütbləşmə nəticəsində qeyri-qütblü molekullar qütbləşə bilər, qütblü olanlar isə ionların əmələ gəlməsi ilə fərdi bağların tamamilə qırılmasına qədər daha da qütblü molekullara çevrilə bilər:

Kovalent rabitənin oriyentasiyası p-, d- və f-buludlarının fəzada müəyyən şəkildə oriyentasiyası ilə bağlıdır. Kovalent bağın istiqaməti maddələrin molekullarının formasına, onların ölçülərinə, atomlararası məsafələrə, valentlik bucağına, yəni molekulların həndəsəsinə təsir göstərir.

Üzvi və qeyri-üzvi maddələrin molekullarının formasının daha dolğun mənzərəsi atom orbitallarının hibridləşməsi fərziyyəsi əsasında hazırlana bilər. L. Pauling (ABŞ) tərəfindən bütün kimyəvi bağların ekvivalentliyi və maddələrin öyrənilməsinin fiziki üsullarından istifadə etməklə qurulan CH 4 , BF 3 , BeCl 2 molekullarının mərkəzinə nisbətən simmetrik düzülüşü faktını izah etmək təklif edilmişdir. Hər bir halda mərkəzi atomdan (C, B, Be) σ-bağlarının əmələ gəlməsi müxtəlif dövlətlərdə (s və p) elektronları cəlb etməli idi, ona görə də onlar ekvivalent ola bilməzdi. Nəzəriyyə faktları izah edə bilmədi, ziddiyyət yarandı və bu, yeni bir fərziyyə ilə həll edildi. Bu, insanın ətraf aləm haqqında biliklərinin inkişaf yolunu, hadisələrin mahiyyətinə getdikcə daha dərindən nüfuz etmək imkanlarını göstərən nümunələrdən biridir.

Üzvi kimya kursunda karbon atomu nümunəsindən istifadə etməklə atom orbitallarının hibridləşməsi fərziyyəsi ilə tanış oldunuz. Bunu bir daha xatırlayın.

Metan molekulu CH 4 əmələ gəldikdə, karbon atomu əsas vəziyyətdən həyəcanlanmış vəziyyətə keçir:

Həyəcanlanmış karbon atomunun xarici elektron təbəqəsi hidrogen atomlarının dörd s-elektronu ilə dörd σ bağı əmələ gətirən bir s- və üç qoşalaşmamış p-elektrondan ibarətdir. Bu halda gözlənilməlidir ki, bir karbon atomunun üç p-elektronunun üç hidrogen atomunun üç s-elektronu (s-p σ- rabitəsi) ilə cütləşməsi nəticəsində yaranan üç C--H bağı dördüncüdən (s-p σ-bağ) fərqlənməlidir. s-s) möhkəmlik, uzunluq, istiqamət üzrə əlaqə. Metan molekullarında elektron sıxlığının tədqiqi göstərir ki, onun molekulundakı bütün bağlar ekvivalentdir və tetraedrin təpələrinə doğru yönəlmişdir (şək. 10). Atom orbitallarının hibridləşməsi fərziyyəsinə görə, bir metan molekulunun dörd kovalent bağı karbon atomunun "saf" s- və p-buludlarının iştirakı ilə deyil, hibrid adlananın iştirakı ilə əmələ gəlir, yəni. , orta ölçülü, ekvivalent elektron buludları.

düyü. 10. Metan molekulunun top və çubuq modeli

Bu modelə görə, hibrid atom orbitallarının sayı orijinal "saf" orbitalların sayına bərabərdir. Müvafiq hibrid buludlar həndəsi cəhətdən s- və p-buludlarına nisbətən daha sərfəlidir, onların elektron sıxlığı fərqli şəkildə paylanır, bu, hidrogen atomlarının s-buludları ilə "təmiz" s- və p- buludları ilə müqayisədə daha tam üst-üstə düşür. buludlar.

Metan molekulunda və digər alkanlarda, həmçinin üzvi birləşmələrin bütün molekullarında, tək bir əlaqə yerində karbon atomları sp 3 hibridləşmə vəziyyətindədir, yəni bir s- və üç p-atom buludundan keçdi. karbon atomunda hibridləşmə və buludun dörd eyni hibrid sp 3 atom orbitalını əmələ gətirir.

Karbon atomunun müvafiq dörd hibrid sp 3-buludunun dörd hidrogen atomundan ibarət s-buludunun üst-üstə düşməsi nəticəsində 109°28 bucaq altında yerləşən dörd eyni σ bağı ilə tetraedral metan molekulu əmələ gəlir. Şəkil 11).

düyü. on bir.
Valent elektron buludlarının sp 3 hibridləşməsinin sxemləri (a) və metan molekulunda rabitələrin əmələ gəlməsi (b)

Atomların hibridləşməsinin bu növü və buna görə də tetraedral quruluş karbon analoqu - silisium birləşmələrinin molekullarını da xarakterizə edəcəkdir: SiH 4 , SiCl 4 .

Su və ammonyak molekullarının əmələ gəlməsi zamanı oksigen və azot atomlarının valentlik atom orbitallarının sp 3 hibridləşməsi də baş verir. Bununla birlikdə, karbon atomunda dörd hibrid sp 3 buludunun hamısı ümumi elektron cütləri tərəfindən işğal edilirsə, azot atomunda bir sp 3 buludu paylaşılmamış elektron cütü tərəfindən işğal edilir və oksigen atomunda artıq iki sp 3 buludu tutur ( Şəkil 12).

düyü. 12.
Ammonyak, su və hidrogen florid molekullarının formaları

Paylaşılmamış elektron cütlərinin olması tetraedral cütlərlə (109°28") müqayisədə əlaqə bucaqlarının azalmasına səbəb olur (Cədvəl 8).

Cədvəl 8
Molekullarda tək elektron cütlərinin sayı ilə əlaqə bucağı arasındakı əlaqə

sp 3 -Hibridləşmə təkcə mürəkkəb maddələrin atomlarında deyil, sadə maddələrin atomlarında da müşahidə olunur. Məsələn, almaz kimi karbonun belə bir allotropik modifikasiyasının atomları.

Bəzi bor birləşmələrinin molekullarında bor atomunun valentlik atom orbitallarının sp 2 hibridləşməsi baş verir.

Həyəcanlanmış bor atomu üçün hibridləşmədə bir s- və iki p-orbital iştirak edir, nəticədə üç sp 2 hibrid orbital əmələ gəlir, müvafiq hibrid buludların oxları müstəvidə bir-birinə 120° bucaq altında yerləşir. (şək. 13).

düyü. 13.
8p 2 hibridləşməsinin sxemləri və sp 2 buludlarının kosmosda düzülməsi

Buna görə də, belə birləşmələrin molekulları, məsələn, BF3, düz üçbucaq formasına malikdir (şək. 14).

düyü. on dörd.
BF3 molekulunun quruluşu

Üzvi birləşmələrdə, bildiyiniz kimi, sp 2 hibridləşməsi alken molekullarındakı karbon atomları üçün ikiqat əlaqə yerində xarakterikdir ki, bu da molekulların bu hissələrinin, həmçinin dien və aren molekullarının planar quruluşunu izah edir. sp 2 -Hibridləşmə karbon atomlarında və karbonun qrafit kimi allotropik modifikasiyasında da müşahidə olunur.

Berilyum atomunun valent orbitallarının həyəcanlanmış vəziyyətdə sp hibridləşməsi bəzi berillium birləşmələrinin molekullarında müşahidə olunur.

İki hibrid bulud bir-birinə nisbətən 180° bucaq altında yönəldilmişdir (şək. 15) və buna görə də berilyum xlorid BeCl 2 molekulu xətti formaya malikdir.

düyü. on beş.
Sp-hibridləşmə sxemləri və sp-buludların fəzada düzülüşü

Atom orbitallarının hibridləşməsinin oxşar növü alkinlərdəki karbon atomları - asetilen seriyasının karbohidrogenləri üçün üçlü bağın yerində mövcuddur.

Orbitalların bu cür hibridləşməsi onun daha bir allotropik modifikasiyasında - karbində olan karbon atomları üçün xarakterikdir:

Cədvəl 9-da sərbəst (bağlanmayan) elektron cütlərinin sayının təsirini nəzərə almaqla A mərkəzi atomunun orbitallarının hibridləşməsinin bəzi növlərinə uyğun gələn molekulların həndəsi konfiqurasiya növləri göstərilir.

Cədvəl 9
Mərkəzi atomun xarici elektron orbitallarının hibridləşməsinin müxtəlif növlərinə uyğun olan molekulların həndəsi konfiqurasiyası

§ 7-yə uyğun suallar və tapşırıqlar

Düsturları CH 4, NH 3 və H 2 O olan karbon, azot və oksigenin hidrogen birləşmələrinin molekullarında qeyri-metalların mərkəzi atomlarının valent orbitalları sp 3 hibridləşmə vəziyyətindədir, lakin bağlar arasındakı bağ bucaqları fərqlidir - müvafiq olaraq 109 ° 28 "107 ° 30" və 104 ° 27. Bunu necə izah etmək olar?
Niyə qrafit elektrik keçirici, almaz deyil?
İki flüoridin - bor və azotun (müvafiq olaraq BF 3 və NF 3) molekulları hansı həndəsi formaya malik olacaq? Məntiqli cavab verin.
Silikon flüorid SiF 4 molekulu tetraedral quruluşa malikdir və brom xlorid BCl 3 molekulu planar şəkildə üçbucaqlıdır. Niyə?