Reja: Amaliy va labaratoriya mashg`ulotlariga tayyorgarlik ko`rish

Gibridlanish va molekulalar shakli o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rib chiqish
Berilliy gidrid, $BeH_2$, chiziqli tuzilishga ega. Lokalizatsiyalangan bogʻlovchi molekulyar orbitallarni qurish uchun birinchi navbatda $Be$ atomining ikkita ekvivalent valentlik orbitallari hosil boʻladi, ular mos ravishda ikkita vodorod atomi $H_a$ va $H_b$ tomon yoʻnaltiriladi. Bu gibridlanish yoki aralashtirish (chiziqli kombinatsiyani tuzish), $2s-$ va $2p$-orbitallarni $Be$ ga tenglashtirish yoʻli bilan amalga oshiriladi, natijada ikkita ekvivalent “$sp$-gibrid” orbitallar hosil boʻladi. Ushbu gibrid orbitallardan biri, $sp_a$, $H_a$ atomi tomon yoʻnalgan va $1s_a$ orbitaliga kuchli mos tushadi. Yana bir gibrid orbital, $sp_b$, $H_b$ atomi tomon yoʻnalgan va $1s_b$ orbitaliga kuchli mos tushadi. Ushbu fikrlash chizig'i bilan ikkita ekvivalent chiziqli kombinatsiyani qurish orqali ikkita $BeH_2$ bog'lovchi molekulyar orbital olinadi, ularning har biri ikkita atom o'rtasida lokalize qilinadi:
Ushbu mahalliylashtirilgan molekulyar orbitallar rasmda ko'rsatilgan. 2. Ularda $BeH_2$ uchun Lyuis bogʻlanish tuzilishiga muvofiq ikkita lokalizatsiyalangan bogʻlovchi elektron juftlarini hosil qiluvchi toʻrtta valentlik elektronlari joylashgan. Chiziqli $sp$-gibrid orbitallarning har biri yarim $p$-belgi va yarim $s$-belgiga ega va ikkita $sp$-orbital $BeH_2$ dagi markaziy $Be$ atomiga ikkita vodorod atomini biriktirishiga imkon beradi. .
Endi $BH_3$ molekulasini ko'rib chiqamiz (u mass-spektrometrik tajribalarda kuzatiladi va $B_2H_6$ molekulasining bir qismidir). Bu molekulada markaziy bor atomiga uchta vodorod atomi biriktirilgan. Mahalliylashtirilgan nazariyaga ko'ra molekulyar orbitallar, bu molekuladagi bog'lanish bor atomining $2s$-orbital va ikkita $2p$-orbitalining gibridlanishi natijasida uchta ekvivalent $sp^2$-gibrid orbital hosil qiladi. Har bir gibrid orbital uchdan bir $s$ va uchdan ikkisi $p$ belgilarga ega. Har qanday ikkita $p$-orbital bir tekislikda joylashgani va $s$-orbitalning fazoviy yoʻnalishi boʻlmagani uchun uchta $sp^2$-gibrid orbital bir tekislikda yotadi. Ushbu uchta $sp^2$ gibrid orbitallar uchta ekvivalent lokalizatsiyalangan bog'lanish orbitallarini hosil qilish uchun uchta vodorod $1s$ orbitallari bilan ustma-ust tushadi. Ushbu bog'lovchi $(sp^2+1s)$-orbitallarning har biri $BH_3$ molekulasida sxematik tarzda rasmda ko'rsatilganidek, bir juft elektron tomonidan egallangan. 4. Gibrid orbitallar kontseptsiyasiga asoslanib, $BH_3$ molekulasi tekis trigonal tuzilishga ega bo'lishi kerakligini taxmin qilish mumkin. Yadrolararo o'qlar orasidagi burchak $H-B-H$, bog'lanish burchagi $H-B-H$ deb ataladi, $120^\circ$ bo'lishi kerak.

2-rasm. $Be$ atomining ekvivalent gibrid $sp$-orbitallari ishtirokida hosil boʻlgan $BeH_2$ molekulasining lokalizatsiyalangan bogʻlaridagi bogʻlanish juft elektronlari. Har bir $sp$-orbital $Be$ vodorod atomining $1s$-orbitali bilan lokal bogʻlangan molekulyar orbital hosil qiladi.

3-rasm. Orbitallarning o'zaro qoplanishi. Gibrid orbitallar: a - ustma-ust tushadigan $s$-orbitallar; b - $s-$ orbitallarining ustma-ust tushishi; c - $p-$ orbitallarining ustma-ust tushishi; d - $p$-gibrid orbital; e - $sp^2$-gibrid orbitallar; e - $sp^3$-gibrid orbitallar

Shakl 4. Elektron juftlari $BH_3$ da mahalliylashtirilgan obligatsiyalar bo'yicha ijtimoiylashgan
Metan, $CH_4$, markaziy uglerod atomiga biriktirilgan to'rtta ekvivalent vodorod atomiga ega. To'rtta vodorod atomi bilan birlashish uchun uglerod barcha valentlik orbitallaridan foydalanishi kerak. Bitta $2s-$ va uchta $2p$ orbitallarini gibridlash orqali to'rtta ekvivalent $sp^3$ gibrid orbitallarni olish mumkin. Har bir $sp^3$ gibrid orbitalda chorak $s$ va toʻrtdan uch $p$ belgilar mavjud. Barcha to'rtta $sp^3$-orbitallar muntazam tetraedrning cho'qqilariga yo'naltirilgan, shuning uchun $sp^3$-orbitallar ba'zan tetraedral duragaylar deb ataladi. Har bir $sp^3$-gibrid orbitalning vodorod atomining $1s-$ orbitali bilan ustma-ust tushishi natijasida toʻrtta lokallashgan bogʻlovchi orbital hosil boʻladi. $sp^3$ va $1s$ orbitallari oʻrtasidagi eng yaxshi oʻzaro bogʻlanish 8-rasmda koʻrsatilganidek, toʻrtta vodorod atomini oddiy tetraedrning uchlariga joylashtirish orqali erishiladi. 5 (u o'zgaruvchan uchlari eslatib o'tilgan tetraedrning uchlarini tashkil etuvchi kubni ko'rsatadi). Metan molekulasida sakkizta valentlik elektron mavjud (to'rtta uglerod atomidan va to'rtta vodorod atomining har biridan bittadan), ular to'rtta mahalliy bog'lanish orbitaliga joylashtirilishi kerak. Ushbu sakkiz elektron to'rtta ekvivalent lokalizatsiyalangan bog'lovchi elektron juftlarini hosil qiladi, ular sxematik tarzda shaklda ko'rsatilgan. 5.
$CH_4$ molekulasining tuzilishi turli tajriba usullari bilan aniqlandi. Olingan barcha ma'lumotlar $CH_4$ molekulasining tetraedral tuzilishi to'g'risida xulosaga olib keladi (6-rasm), mahalliy molekulyar orbitallar nazariyasi prognozlariga to'liq mos keladi. Bog'lanish burchagi $H-C-H$ $109,5^\circ$, bog'lanish uzunligi $C-H$ $1,093 A$.

Shakl 5. Elektron juftlari $CH_4$ da mahalliylashtirilgan obligatsiyalar bo'yicha ijtimoiylashgan

Shakl 6. $CH_4$ ning tetraedral molekulyar tuzilishi
>> Kimyo: uglerod atomining valentlik holatlari
Siz allaqachon bilasizki, elektron orbitallar har xil energiya qiymatlari bilan ajralib turadi geometrik shakl va kosmosda orientatsiya. Shunday qilib, 1s orbitali kamroq energiyaga ega. Keyin ko'proq bo'lgan 2s orbitaliga ergashadi yuqori energiya. Bu orbitallarning ikkalasi ham shar shaklida. Tabiiyki, 2s-orbital 1s-orbitaldan kattaroqdir: yuqori energiya elektronlar va yadro orasidagi katta o'rtacha masofaning natijasidir. Koordinata o'qlari bo'ylab teng energiyaga ega uchta gantel shaklidagi 2s orbital yo'naltirilgan. Demak, har bir 2p orbitalning o'qi boshqa ikkita 2p orbitalning o'qlariga perpendikulyar.
Tarkibni tashkil etuvchi uglerod atomlari organik birikmalar, har doim tetravalent bo'ladi, bor elektron konfiguratsiya 1s 2 2s 2 2p 2 va uchta valentlik holatida bo'lishi mumkin.
Keling, metan CH4 molekulasi misolida uglerod atomining birinchi valentlik holatini ko'rib chiqaylik.
Metan CH4 molekulasi hosil bo'lganda, uglerod atomi asosiy holatdan qo'zg'aluvchan holatga o'tadi va to'rtta juftlashtirilmagan elektronga ega bo'ladi: bir va uchta p-elektron, ular to'rtta vodorod atomi bilan to'rtta a-bog' hosil qilishda ishtirok etadilar. Bunday holda, uglerod atomlarining uchta p-elektronlarining uchta "uchta vodorod atomining (s-p) elektronlari bilan juftlashishi natijasida hosil bo'lgan uchta C-H aloqasi to'rtinchi (s-s) bog'lanishdan mustahkamligi, uzunligi, yo'nalishi. Metan kristallaridagi elektron zichligini hisoblash shuni ko'rsatadiki, uning molekulasidagi barcha bog'lar ekvivalent va tetraedr tepasiga yo'naltirilgan. Bu metan molekulasining hosil bo'lishi jarayonida kovalent bog'lanishlar "sof" emas, balki gibrid deb ataladigan, ya'ni shakli va hajmi bo'yicha o'rtacha (va, demak, energiyada) o'zaro ta'siri tufayli paydo bo'lishi bilan izohlanadi. ), orbitallar.
Orbitallarning gibridlanishi ularni shakli va energiyasi bo'yicha tekislash jarayonidir.
Gibrid orbitallar soni asl orbitallar soniga teng. Ular bilan solishtirganda gibrid orbitallar kosmosda cho'zilgan bo'lib, bu ularning qo'shni atomlarning orbitallari bilan to'liq mos kelishini ta'minlaydi.
Metan molekulasida va boshqa alkanlarda, shuningdek, barcha organik molekulalarda, bitta bog'lanish joyida uglerod atomlari sp 3 gibridlanish holatida bo'ladi, ya'ni bitta s- va uchta p-elektronning orbitallari. uglerod atomida va to'rtta bir xil gibrid orbitallarda gibridlanishga uchragan.
Bir uglerod atomining to'rt gibrid sp 3 orbitallari va to'rtta vodorod atomining s orbitallarining bir-biriga yopishishi natijasida 109 ° 28 "burchakda to'rtta bir xil a-bog'lar bilan tetraedral metan molekulasi hosil bo'ladi. Agar bitta vodorod atomi bo'lsa. metan molekulasidagi CH3 guruhi bilan almashtirilsa, etan molekulasi CH3-CH3 olinadi.
Uchta vodorod va bitta uglerod atomiga ega bo'lgan uglerod atomiga birlamchi deyiladi.
Etan molekulasida uzunligi 0,154 nm bo'lgan yagona (ba'zan oddiy, oddiy deb ataladi) qutbsiz uglerod-uglerod bog'i mavjud.
CH3-CH2-CH3 propan molekulasida ikkita vodorod atomi va markaziy uglerod atomida ikkita uglerod atomi mavjud. Bunday atom ikkilamchi deb ataladi.
Agar uglerod atomi uchta uglerod atomiga bog'langan bo'lsa, biz uchinchi darajali atom haqida gapiramiz:
CH3 - CH - CH3
CH3
To'rtta uglerod atomini o'z ichiga olgan uglerod to'rtlamchi deyiladi:
CH3
CH3 - C - CH3
CH3
Keling, etilen C2H4 molekulasi misolida uglerod atomining ikkinchi valentlik holatini ko'rib chiqaylik. Esingizda bo'lsa, uglerod atomlari o'rtasida qo'sh bog'lanish mavjud bo'lib, bu struktura formulasida ikkita bir xil chiziq bilan aks ettirilgan:
Bu chiziqchalar bilan aks ettirilgan bog'lanishlar, garchi kovalent bo'lsa-da, ular bir-birining ustiga tushishi bilan farq qiladi - ulardan biri a, ikkinchisi P.
Etilen molekulasida har bir uglerod atomi to'rtta emas, balki uchta boshqa atom bilan (bir uglerod atomi va ikkita vodorod atomi bilan) bog'langan, shuning uchun gibridlanishga faqat uchta elektron orbital kiradi: bitta va ikkita p, ya'ni sodir bo'ladi. sp 2 - gibridlanish.
Bu uchta orbital bir tekisda bir-biriga 120 ° burchak ostida joylashgan. Har bir uglerod atomining orbitallari ikkita vodorod atomining s-orbitallari va qo'shni uglerod atomining bir xil sp2-rm6-rid orbitali bilan ustma-ust tushadi va bir xil 120° burchak ostida uchta a-bog' hosil qiladi. Demak, etilen molekulasi tekis tuzilishga ega bo'ladi. Gibridlanishda ishtirok etmaydigan uglerod atomlarining ikkita p orbitali ikkita mintaqada bir-biriga yopishadi, tekislikka perpendikulyar molekulalar ("yonma-qarshilik") va shakl P-aloqa.
Biroq, p-orbitallarning "lateral" qoplamasi bog'lanish chizig'i bo'ylab p-orbitallarga qaraganda kamroq darajada sodir bo'ladi va qo'shimcha ravishda, u bog'lovchi atomlarning yadrolaridan kattaroq masofada hosil bo'ladi. Shuning uchun, I-bog' kamroq kuchli bo'ladi P-aloqa. Biroq, ta'sir ostida P-bog`lar, uglerod atomlari bir-biriga yanada yaqinroq: metan CH4 va etan C2H6 molekulalarida atomlar yadrolari orasidagi masofa (bog` uzunligi) 0,154 nm, etilen C2H4 molekulalarida esa 0,134 nm.
Uglerod atomining uchinchi valentlik holatini C2H2 atsetilen molekulasi misolida ko'rib chiqamiz, bunda CH=CH uchlik bog'lanish amalga oshiriladi: bitta a-bog' va ikkita n-bog'. Asetilen molekulasi chiziqli tuzilishga ega, chunki unda har bir uglerod atomi faqat ikkita boshqa atom - uglerod atomi va vodorod atomi bilan bog'langan, BP gibridlanishi sodir bo'ladi, unda faqat ikkita orbital ishtirok etadi - bitta s va bitta. p .
Ikki gibrid orbital bir-biriga nisbatan 180 ° burchak ostida yo'naltirilgan va ikkitasini hosil qiladi. P-vodorod atomining s-orbitali va yana bittasi bilan bog'lanadi P o'zaro perpendikulyar tekisliklarda joylashgan bog'lanishlar.
Uchinchi aloqaning paydo bo'lishi uglerod atomlarining yanada yaqinlashishiga olib keladi - ular orasidagi masofa (C \u003d -C aloqalarining uzunligi) asetilen molekulasidagi 0,120 nm.
1. Uglerod atomining elektron orbitallarini gibridlanishning qanday turlarini bilasiz?
2. Molekulalardagi atomlarning ulanish tartibi tuzilish formulalarini aks ettiradi. 1,2-butadien molekulasidagi har bir uglerod atomining gibridlanish turini aniqlang, agar uning struktura formulasi

3. Ikkinchisining nechta orbitali energiya darajasi uglerod atomi n-gibridlanishda ishtirok etmaydi; pr2 duragaylashda; yar3 gibridizatsiyasida?
4. Uglerod atomining o‘qlari orasidagi burchaklar nima uchun?
a) sp 2 gibrid orbitallar;
b) sp-gibrid orbitallar;
v) sp-gibrid va gibrid bo'lmagan p-orbitallar;
d) gibrid bo'lmagan p-orbitallar;

3.