РАЗДЕЛ И. ОБЩАЯ ХИМИЯ
3. Химическая связь
3.4. Гибридизация электронных орбиталей
Во время образования молекул с ковалентным полярным связью в некоторых атомов происходит характерное явление, которое называют гибридизацией электронных орбиталей - преобразования электронных орбиталей различного вида (s, р)1 на одинаковые по форме и энергией гибридные орбитали.
|
sp3-гибридизация - смешение одной sи трех p-орбиталей
|
|
Образуется четыре гибридные орбитали, которые направлены в пространстве к вершинам тетраэдра*
|
|
sp2-гибридизация - смешение одной s -и двух p-орбиталей
|
|
Образуются три гибридные орбитали, которые размещаются в одной плоскости под углом 120°. Одна негібридизована р-орбиталь размещается перпендикулярно к этой плоскости**
|
|
sp-гибридизация - смешение одной s -и одной р-орбитали
|
|
Образуются две гибридные орбитали, которые размещаются под углом 180° по одной линии. Две негібридизовані р-орбитали располагаются перпендикулярно друг к другу и к этой оси**
|
* В зависимости от того, сколько гібридизованих орбиталей участвует в связи, форма молекулы может несколько отличаться от правильной тетраедричної формы. Так, валентный угол связей Н-О-Н в молекуле воды составляет 104,5° (остается две неподілені пары электронов), а связи H-N-H в молекуле аммиака - 107,3° (остается одна неразделенная пара электронов). В результате такого взаимодействия электронных облаков смещается (относительно центра молекулы) и центр Отрицательного электрического заряда. Таким образом полярность молекулы (кроме электроотрицательности элементов, образующих связь) зависит и от наличия поделенных электронных пар.
** Негібридизовані p-орбитали на рисунке не указаны.
В состоянии возбуждения находится атом Углерода в органических соединениях (sp, sp2 и sp3-гибридизация), атом Кислорода - при образовании молекулы воды (sp3-гибридизация) и других молекул, Азота - при образовании молекулы аммиака (sг3-гибридизация), Бериллия - при образовании молекулы бериллий флуориду (sр-гибридизация), Бора - при образовании молекулы бор флуориду (sp2-гибридизация) и т.п.
Состояние возбуждения атома, который предшествует гибридизации, требует затрат энергии, которые компенсируются более полным перекрыванием электронных облаков и образованием более прочного связи. Итак, в результате общая энергия системы уменьшается.
Количество образованных орбиталей соответствует количеству орбиталей, которые превращались (смешивались). В смешивании может участвовать любое количество электронов.
Согласно теории отталкивания электронных пар, облака электронов внешней оболочки атома отталкиваются друг от друга и размещаются так, чтобы уменьшить это отталкивание. Следовательно, углы электронных орбиталей (и обычных, и гібридизованих) и соответственно геометрия молекул - это результат взаимодействия электростатических сил.
Если между двумя атомами образуется только одна общая ковалентная пара, то такая ковалентная связь называют одинарным (проще). Одинарные связи всегда является сигма-связями.
__________________________________________________________
1 Гибридизация характерна и для d-элементов (в общеобразовательной школе не рассматривают). Важнейшей является sp3d2-гибридизация, когда шесть равноценных гібридизованих орбиталей направлены к вершинам октаэдра.