การผสมพันธุ์ sp3 หมายถึงอะไร การผสมพันธุ์ของออร์บิทัลอะตอมและเรขาคณิตของโมเลกุล

sp3 การผสมพันธุ์

sp 3 -การผสมพันธุ์ - การผสมพันธุ์ โดยที่อะตอมออร์บิทัลของหนึ่ง ส- และสาม พี-อิเล็กตรอน (รูปที่ 1).

ข้าว. หนึ่ง. การศึกษา sp 3 ออร์บิทัลไฮบริด

โฟร์ spออร์บิทัล 3-hybrid วางแนวสมมาตรในอวกาศที่มุม 109°28" (รูปที่ 2)

แบบจำลองอะตอมด้วย spออร์บิทัล 3-hybrid

โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลที่มีอะตอมกลางก่อตัวขึ้น sp 3-hybrid orbitals - จัตุรมุข

โครงสร้างเชิงพื้นที่แบบเตตระฮีดรัลของโมเลกุลที่มีอะตอมกลางก่อตัวขึ้น spออร์บิทัล 3-hybrid

ไฮบริดของอะตอมออร์บิทัลคาร์บอน

ตัวอย่างสารประกอบที่ sp 3-hybridization: NH 3 , POCl 3 , SO 2 F 2 , SOBr 2 , NH 4+ , H 3 O + . อีกด้วย, sp 3-hybridization พบได้ในไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวทั้งหมด (อัลเคน, ไซโคลอัลเคน) และสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ: CH 4, C 5 H 12, C 6 H 14, C 8 H 18 เป็นต้น สูตรทั่วไปของอัลเคนคือ C n H 2n +2. สูตรทั่วไปของไซโคลแอลเคนคือ C n H 2n ในไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว พันธะเคมีทั้งหมดเป็นพันธะเดี่ยว ดังนั้น ระหว่างออร์บิทัลลูกผสมของสารประกอบเหล่านี้เท่านั้น ที่- ทับซ้อนกัน

สร้างพันธะเคมี กล่าวคือ มีเพียงอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่เท่านั้นที่สามารถสร้างคู่อิเล็กตรอนร่วมกับอิเล็กตรอน "ต่างประเทศ" จากอะตอมอื่นได้ เมื่อเขียนสูตรอิเล็กทรอนิกส์ อิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่จะอยู่ในเซลล์ออร์บิทัลทีละตัว

วงโคจรของอะตอมเป็นฟังก์ชันที่อธิบายความหนาแน่นของเมฆอิเล็กตรอนในแต่ละจุดในอวกาศรอบนิวเคลียสของอะตอม เมฆอิเล็กตรอนเป็นพื้นที่ของอวกาศที่มีโอกาสพบอิเล็กตรอนได้สูง

เพื่อให้โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคาร์บอนมีความกลมกลืนและความจุขององค์ประกอบนี้จึงใช้แนวคิดเรื่องการกระตุ้นอะตอมของคาร์บอน ในสภาวะปกติ (ไม่ถูกกระตุ้น) อะตอมของคาร์บอนจะมี 2 . ที่ไม่มีการจับคู่ R 2 อิเล็กตรอน ในสถานะตื่นเต้น (เมื่อพลังงานถูกดูดซับ) หนึ่งใน2 สอิเล็กตรอน 2 ตัวสามารถส่งผ่านได้ฟรี R-ออร์บิทัล จากนั้นอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่สี่ตัวก็ปรากฏในอะตอมของคาร์บอน:

จำได้ว่าในสูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม (เช่น สำหรับคาร์บอน 6 C - 1 ส 2 2ส 2 2พี 2) ตัวเลขขนาดใหญ่หน้าตัวอักษร - 1, 2 - ระบุจำนวนระดับพลังงาน จดหมาย สและ Rระบุรูปร่างของเมฆอิเล็กตรอน (ออร์บิทัล) และตัวเลขทางด้านขวาเหนือตัวอักษรระบุจำนวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่กำหนด ทั้งหมด ส- ออร์บิทัลทรงกลม

ที่ระดับพลังงานที่สอง ยกเว้น 2 ส- มีออร์บิทัลอยู่ 3 ออร์บิทัล 2 R-ออร์บิทัล 2 . เหล่านี้ R-ออร์บิทัลมีรูปร่างเป็นวงรีคล้ายกับดัมเบลล์และวางในอวกาศที่มุม 90 องศาซึ่งกันและกัน 2 R-Orbitals หมายถึง 2 R X , 2R yและ2 R zตามแกนที่ออร์บิทัลเหล่านี้ตั้งอยู่

รูปร่างและทิศทางของออร์บิทัล p-electron

เมื่อเกิดพันธะเคมี ออร์บิทัลของอิเล็กตรอนจะมีรูปร่างเหมือนกัน ดังนั้น ในไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว หนึ่ง ส-orbital และสาม R-ออร์บิทัลของอะตอมของคาร์บอนเพื่อสร้างสี่เหมือนกัน (ไฮบริด) sp 3 ออร์บิทัล:

มัน - sp 3 - การผสมพันธุ์

การผสมพันธุ์- การจัดตำแหน่ง (ผสม) ของออร์บิทัลอะตอม ( สและ R) ด้วยการก่อตัวของออร์บิทัลอะตอมใหม่ที่เรียกว่า ออร์บิทัลไฮบริด.

สี่ sp 3 -วงโคจรไฮบริดของอะตอมคาร์บอน

ออร์บิทัลลูกผสมมีรูปร่างไม่สมมาตรซึ่งยาวไปทางอะตอมที่แนบมา เมฆอิเล็กตรอนจะผลักกันและอยู่ในอวกาศให้ไกลที่สุด ในเวลาเดียวกัน แกนของสี่ sp 3-ออร์บิทัลไฮบริดกลับกลายเป็นว่ามุ่งตรงไปยังจุดยอดของจัตุรมุข (พีระมิดสามเหลี่ยมปกติ)

ดังนั้นมุมระหว่างออร์บิทัลเหล่านี้จึงเป็นสี่เหลี่ยมจตุรัส เท่ากับ 109 ° 28"

ยอดของออร์บิทัลอิเล็กตรอนสามารถทับซ้อนกับออร์บิทัลของอะตอมอื่นได้ หากเมฆอิเล็กตรอนทับซ้อนกันตามเส้นที่เชื่อมจุดศูนย์กลางของอะตอม พันธะโควาเลนต์ดังกล่าวจะเรียกว่า ซิกม่า () - พันธบัตร. ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุลอีเทน C 2 H 6 พันธะเคมีจะเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของคาร์บอนสองอะตอมโดยการซ้อนทับออร์บิทัลลูกผสมสองออร์บิทัล นี่คือการเชื่อมต่อ นอกจากนี้ คาร์บอนแต่ละอะตอมมีสาม sp 3 ออร์บิทัลทับซ้อนกับ ส-ออร์บิทัลของไฮโดรเจนสามอะตอม ก่อตัวเป็นพันธะสามพันธะ

แบบแผนของเมฆอิเล็กตรอนที่ทับซ้อนกันในโมเลกุลอีเทน

โดยรวมแล้ว สถานะเวเลนซ์สามสถานะที่มีการผสมข้ามพันธุ์ต่างกันเป็นไปได้สำหรับอะตอมของคาร์บอน ยกเว้น spมี 3-hybridization อยู่ sp 2 - และ sp- การผสมพันธุ์

sp 2 -การผสมพันธุ์- ผสมหนึ่ง ส- และสอง R-ออร์บิทัล เป็นผลให้สามไฮบริด sp 2 -ออร์บิทัล เหล่านี้ sp 2 -ออร์บิทัลอยู่ในระนาบเดียวกัน (มีแกน X, ที่) และถูกนำไปยังจุดยอดของสามเหลี่ยมโดยมีมุมระหว่างออร์บิทัล 120° ไม่ผสมพันธุ์ R-ออร์บิทัลตั้งฉากกับระนาบของลูกผสมทั้งสาม sp 2 ออร์บิทัล (วางตามแนวแกน z). ครึ่งบน R-ออร์บิทัลอยู่เหนือระนาบ ครึ่งล่างอยู่ใต้ระนาบ

ประเภทของ sp 2-hybridization ของคาร์บอนเกิดขึ้นในสารประกอบที่มีพันธะคู่: C=C, C=O, C=N นอกจากนี้ พันธะเดียวระหว่างสองอะตอม (เช่น C=C) เท่านั้นที่สามารถเป็นพันธะได้ (ออร์บิทัลพันธะอื่นๆ ของอะตอมมีทิศทางตรงกันข้าม) พันธะที่สองเกิดขึ้นจากการทับซ้อนกันของพันธะที่ไม่ใช่ลูกผสม R-ออร์บิทัลทั้งสองข้างของเส้นที่เชื่อมนิวเคลียสของอะตอม

ออร์บิทัล (สาม sp 2 และหนึ่ง p) อะตอมของคาร์บอนใน sp 2 - การผสมพันธุ์

พันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นจากการทับซ้อนกันด้านข้าง R-ออร์บิทัลของอะตอมคาร์บอนข้างเคียงเรียกว่า pi()-พันธบัตร.

การศึกษา - การสื่อสาร

เนื่องจาก orbitals ทับซ้อนกันน้อยกว่า -bond จึงมีความแข็งแรงน้อยกว่า -bond

sp-การผสมพันธุ์- นี่คือการผสม (การจัดตำแหน่งในรูปแบบและพลังงาน) ของหนึ่ง ส-และหนึ่ง R-ออร์บิทัลที่ก่อตัวเป็นลูกผสมสองตัว sp-ออร์บิทัล sp- ออร์บิทัลอยู่บนเส้นเดียวกัน (ที่มุม 180 °) และชี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามจากนิวเคลียสของอะตอมคาร์บอน สอง R-ออร์บิทัลยังคงไม่ผสมพันธุ์ พวกมันตั้งฉากกันในแนวตั้งฉากกับทิศทางของ -พันธบัตร บนภาพ sp-orbitals จะแสดงตามแกน yและ unhybridized two R-ออร์บิทัล- ตามแกน Xและ z.

อะตอมออร์บิทัล (สอง sp และสอง p) ของคาร์บอนในสถานะของ sp การผสมพันธุ์

CC พันธะคาร์บอน-คาร์บอนสามพันธะประกอบด้วย -พันธะที่เกิดขึ้นเมื่อทับซ้อนกัน sp-ไฮบริดออร์บิทัล และสองพันธะ

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคาร์บอน

คาร์บอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์มีความจุคงที่ ระดับพลังงานสุดท้ายของอะตอมคาร์บอนประกอบด้วยอิเล็กตรอน 4 ตัว โดย 2 ตัวอยู่ในวงโคจร 2s ซึ่งมีรูปร่างเป็นทรงกลม และอิเล็กตรอน 2 ตัวครอบครองออร์บิทัล 2p ซึ่งมีรูปร่างเป็นดัมเบลล์ เมื่อตื่นเต้น อิเล็กตรอนหนึ่งตัวจากวงโคจร 2s สามารถไปยังออร์บิทัล 2p ที่ว่างได้ การเปลี่ยนแปลงนี้ต้องใช้ต้นทุนด้านพลังงาน (403 kJ/mol) เป็นผลให้อะตอมของคาร์บอนที่ถูกกระตุ้นมีอิเล็กตรอน 4 ตัวที่ไม่มีการจับคู่และการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของมันถูกแสดงโดยสูตร 2s1 2p3

อะตอมของคาร์บอนที่ถูกกระตุ้นสามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ได้ 4 พันธะ เนื่องจากมีอิเล็กตรอน 4 ตัวที่ไม่มีคู่ของมันเอง และอิเล็กตรอนอีก 4 ตัวของอะตอมอื่น ดังนั้น ในกรณีของไฮโดรคาร์บอนมีเทน (CH4) อะตอมของคาร์บอนจะสร้างพันธะ 4 พันธะกับเอส-อิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจน ในกรณีนี้ควรสร้างพันธะ 1 อัน พิมพ์ s-s(ระหว่าง s-อิเล็กตรอนของอะตอมคาร์บอนกับ s-electron ของอะตอมไฮโดรเจน) และพันธะ 3 p-s (ระหว่างอิเล็กตรอน 3 p ของอะตอมคาร์บอนและ 3 s-electron ของ 3 อะตอมไฮโดรเจน) สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปว่าพันธะโควาเลนต์ทั้งสี่ที่เกิดจากอะตอมของคาร์บอนนั้นไม่เท่ากัน อย่างไรก็ตาม, ประสบการณ์จริงเคมีบ่งชี้ว่าพันธะทั้ง 4 ในโมเลกุลมีเทนมีความเท่าเทียมกันอย่างแน่นอน และโมเลกุลมีเทนมีโครงสร้างทรงสี่เหลี่ยมจตุรัสที่มีมุมพันธะที่ 109 ° ซึ่งเป็นไปไม่ได้หากพันธะไม่เท่ากัน ท้ายที่สุด มีเพียงวงโคจรของอิเล็กตรอน p เท่านั้นที่วางตำแหน่งในอวกาศตามแกนตั้งฉากซึ่งกันและกัน x, y, z และวงโคจรของ s-electron มีรูปร่างเป็นทรงกลม ดังนั้นทิศทางของการก่อตัวของพันธะกับอิเล็กตรอนนี้จะเป็น โดยพลการ ทฤษฎีการผสมพันธุ์สามารถอธิบายความขัดแย้งนี้ได้ L. โพลลิ่งแนะนำว่าในโมเลกุลใด ๆ ไม่มีพันธะที่แยกจากกัน เมื่อเกิดพันธะ ออร์บิทัลของเวเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งหมดจะทับซ้อนกัน รู้จักการผสมพันธุ์ของอิเล็กตรอนออร์บิทัลหลายประเภท สันนิษฐานว่าในโมเลกุลของมีเธนและแอลเคน 4 อิเล็กตรอนเข้าสู่การผสมพันธุ์

การผสมพันธุ์ของออร์บิทัลอะตอมของคาร์บอน

ออร์บิทัลไฮบริไดเซชันเป็นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและพลังงานของอิเล็กตรอนบางตัวในระหว่างการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ ส่งผลให้ออร์บิทัลทับซ้อนกันอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และเพิ่มความแข็งแรงของพันธะ การผสมพันธุ์ของออร์บิทัลมักเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนเป็นของ ประเภทต่างๆออร์บิทัล 1. sp 3 -hybridization (สถานะวาเลนซ์แรกของคาร์บอน) ด้วยการผสมแบบ sp3, 3 p-orbitals และหนึ่ง s-orbital ของอะตอมของคาร์บอนที่ถูกกระตุ้นจะมีปฏิสัมพันธ์กันในลักษณะที่ออร์บิทัลได้รับมาซึ่งมีพลังงานเหมือนกันทุกประการและอยู่ในอวกาศอย่างสมมาตร การแปลงนี้สามารถเขียนได้ดังนี้:

s + px + py + pz = 4sp3

ในระหว่างการผสมพันธุ์ จำนวนออร์บิทัลทั้งหมดจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่จะเปลี่ยนแปลงเพียงพลังงานและรูปร่างเท่านั้น แสดงให้เห็นว่าการผสม sp3 ของออร์บิทัลคล้ายกับรูปแปดมิติ ใบมีดหนึ่งใบมีขนาดใหญ่กว่าอีกใบมาก ออร์บิทัลลูกผสมสี่วงถูกขยายจากจุดศูนย์กลางไปยังยอด จัตุรมุขปกติที่มุม 109.50 พันธะที่เกิดจากอิเลคตรอนแบบไฮบริด (เช่น พันธะ s-sp 3) มีความแข็งแรงกว่าพันธะที่เกิดจากอิเล็กตรอน p แบบ unhybridized (เช่น พันธะ s-p) เนื่องจากไฮบริด sp3 ออร์บิทัลให้พื้นที่การโคจรของอิเล็กตรอนคาบเกี่ยวกันมากกว่า p ออร์บิทัลที่ไม่ไฮบริด โมเลกุลที่ทำการผสมข้ามพันธุ์ sp3 มีโครงสร้างแบบจัตุรมุข นอกจากมีเทนแล้ว สิ่งเหล่านี้ยังรวมถึงโฮโมล็อกมีเธน โมเลกุลอนินทรีย์ เช่น แอมโมเนีย ตัวเลขแสดงการโคจรแบบไฮบริดและโมเลกุลมีเทนทรงสี่เหลี่ยม พันธะเคมีที่เกิดขึ้นในมีเทนระหว่างอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นพันธะ y ชนิดที่ 2 (sp3 -s-bond) โดยทั่วไป พันธะซิกมามีลักษณะเฉพาะโดยข้อเท็จจริงที่ว่าความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของอะตอมที่เชื่อมต่อถึงกันสองอะตอมคาบเกี่ยวกันตามเส้นที่เชื่อมต่อศูนย์กลาง (นิวเคลียส) ของอะตอม พันธะ y สอดคล้องกับระดับสูงสุดของการทับซ้อนกันของออร์บิทัลของอะตอม ดังนั้นพวกมันจึงแข็งแรงเพียงพอ 2. sp2 hybridization (สถานะความจุที่สองของคาร์บอน) เกิดขึ้นจากการทับซ้อนกันของออร์บิทัล 2s หนึ่งอันและออร์บิทัล 2p สองอัน ออร์บิทัลไฮบริด sp2 ที่เป็นผลลัพธ์จะอยู่ในระนาบเดียวกันที่มุม 1200 ซึ่งกันและกัน และออร์บิทัล p ที่ไม่ผสมพันธุ์จะตั้งฉากกับมัน จำนวนออร์บิทัลทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลง - มีสี่วง

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

สถานะไฮบริไดเซชัน sp2 เกิดขึ้นในโมเลกุลแอลคีน ในกลุ่มคาร์บอนิลและคาร์บอกซิล กล่าวคือ ในสารประกอบที่มีพันธะคู่ ดังนั้น ในโมเลกุลของเอทิลีน อิเล็คตรอนแบบไฮบริดของอะตอมคาร์บอนจะสร้างพันธะ y 3 พันธะ (พันธะประเภท sp 2 -s สองพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนกับอะตอมของไฮโดรเจนและพันธะประเภท sp 2 -sp 2 หนึ่งชนิดระหว่างอะตอมของคาร์บอน) p-electron ที่ไม่ผสมพันธุ์ที่เหลืออยู่ของอะตอมของคาร์บอนหนึ่งตัวก่อให้เกิดพันธะ p กับ p-electron ที่ไม่ผสมพันธุ์ของอะตอมของคาร์บอนที่สอง ลักษณะเฉพาะ p-bond คือการทับซ้อนกันของอิเล็กตรอนออร์บิทัลเกินเส้นที่เชื่อมระหว่างอะตอมทั้งสอง การทับซ้อนกันของออร์บิทัลนั้นอยู่เหนือและใต้พันธะ y ที่เชื่อมอะตอมของคาร์บอนทั้งสองเข้าด้วยกัน ดังนั้น พันธะคู่คือการรวมกันของพันธะ y และ p ตัวเลขสองรูปแรกแสดงให้เห็นว่าในโมเลกุลเอทิลีน มุมพันธะระหว่างอะตอมที่สร้างโมเลกุลเอทิลีนคือ 1200 (ตามลำดับ ทิศทางของออร์บิทัลไฮบริด sp2 ทั้งสามในอวกาศตามลำดับ) ตัวเลขที่สามและสี่แสดงการก่อตัวของ p-bond เอทิลีน (การก่อตัวของพันธะ y) เอทิลีน (การก่อตัวของพันธะไพ) ใน ปฏิกริยาเคมี. 3. sp-hybridization (สถานะความจุที่สามของคาร์บอน) ในสถานะของ sp-hybridization อะตอมของคาร์บอนมีออร์บิทัล sp-hybrid สองออร์บิทัลที่เรียงเป็นเส้นตรงที่มุม 1800 ซึ่งกันและกัน และ p-orbitals ที่ไม่ผสมพันธุ์สองตัวที่อยู่ในระนาบตั้งฉากกันสองระนาบ sp- การผสมพันธุ์เป็นเรื่องปกติสำหรับอัลคีนและไนไตรล์เช่น สำหรับสารประกอบที่มีพันธะสาม

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

ดังนั้น ในโมเลกุลอะเซทิลีน มุมพันธะระหว่างอะตอมจะเท่ากับ 1800 อิเล็กตรอนแบบผสมพันธุ์ของอะตอมของคาร์บอนก่อให้เกิดพันธะ y 2 พันธะ (พันธะ sp-s หนึ่งระหว่างอะตอมของคาร์บอนกับอะตอมของไฮโดรเจนและพันธะประเภท sp-sp อื่นระหว่างอะตอมของคาร์บอน p-electrons ที่ไม่ผสมพันธุ์สองอะตอมของคาร์บอนหนึ่งตัวก่อให้เกิดพันธะ p สองตัว ด้วยอะตอมของคาร์บอนตัวที่สอง p-electrons แบบ unhybridized ออร์บิทัลที่ทับซ้อนกันของ p-electron ไม่เพียงอยู่เหนือและใต้พันธะ y เท่านั้น แต่ยังอยู่ด้านหน้าและด้านหลังด้วย และเมฆ p-electron ทั้งหมดจะมีรูปทรงกระบอก ดังนั้น พันธะสามคือการรวมกันของพันธะ y หนึ่งพันธะและพันธะ p สองพันธะ การมีอยู่ของพันธะ p สองพันธะที่แข็งแรงน้อยกว่าในโมเลกุลอะเซทิลีนทำให้แน่ใจความสามารถของสารนี้ในการเข้าสู่ปฏิกิริยาบวกกับการแตกของพันธะสาม

สรุป: sp3 hybridization เป็นลักษณะของสารประกอบคาร์บอน อันเป็นผลมาจากการผสมพันธุ์ของ s-orbital หนึ่งตัวและ p-orbitals สามตัว จึงเกิด sp3-orbitals ไฮบริดสี่ตัวขึ้น โดยมุ่งไปที่จุดยอดของจัตุรมุขที่มีมุมระหว่างออร์บิทัลที่ 109°

สารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่มี โครงสร้างโมเลกุล. อะตอมในสารที่มีโครงสร้างประเภทโมเลกุลมักจะสร้างพันธะโควาเลนต์ซึ่งกันและกันเท่านั้น ซึ่งสังเกตได้ในกรณีของสารประกอบอินทรีย์ โปรดจำไว้ว่าพันธะโควาเลนต์เป็นพันธะประเภทหนึ่งระหว่างอะตอม ซึ่งเกิดขึ้นได้เนื่องจากอะตอมประสานส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนภายนอกของพวกมัน เพื่อให้ได้มาซึ่งโครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของก๊าซมีตระกูล

โดยจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่เข้าสังคม พันธะโควาเลนต์ใน อินทรียฺวัตถุ ah สามารถแบ่งออกเป็นเดี่ยว สอง และสาม การเชื่อมต่อประเภทนี้ระบุไว้ในสูตรกราฟิก ตามลำดับ โดยหนึ่ง สอง หรือสามบรรทัด:

ความหลายหลากของพันธะทำให้ความยาวลดลง ดังนั้น พันธะเดี่ยว การเชื่อมต่อ CCมีความยาว 0.154 นาโนเมตรพันธะ C=C คู่ - 0.134 นาโนเมตรพันธะสาม C≡C - 0.120 นาโนเมตร

ประเภทของพันธะตามวิธีที่ orbitals ทับซ้อนกัน

ดังที่ทราบกันดีว่าออร์บิทัลสามารถมีรูปร่างต่างกันได้ ตัวอย่างเช่น s-orbitals เป็นรูปทรงกลมและรูป p-dumbbell ด้วยเหตุผลนี้ พันธะสามารถแตกต่างกันในลักษณะที่อิเล็กตรอนโคจรทับซ้อนกันได้:

ϭ-พันธะ - เกิดขึ้นเมื่อออร์บิทัลทับซ้อนกันในลักษณะที่บริเวณที่ทับซ้อนกันของพวกมันถูกตัดด้วยเส้นที่เชื่อมต่อนิวเคลียส ตัวอย่างของ ϭ-พันธบัตร:

π-bonds - เกิดขึ้นเมื่อ orbitals ทับซ้อนกันในสองพื้นที่ - ด้านบนและด้านล่างของเส้นที่เชื่อมต่อนิวเคลียสของอะตอม ตัวอย่างของ π พันธบัตร:

จะรู้ได้อย่างไรว่ามีพันธะ π- และ ϭ ในโมเลกุล?

ด้วยพันธะโควาเลนต์ จะมีพันธะ ϭ ระหว่างอะตอมสองอะตอมเสมอ และมีพันธะ π เฉพาะในกรณีที่มีพันธะหลายตัว (สองเท่า สามเท่า) โดยที่:

พันธะเดี่ยว - ϭ-bond . เสมอ
พันธะคู่ประกอบด้วย ϭ- และ π-bon . หนึ่งตัวเสมอ
พันธะสามเกิดจากพันธะ ϭ และ π สองตัวเสมอ

ให้เราระบุประเภทของพันธะเหล่านี้ในโมเลกุลของกรดโพรพิโนอิก:

การผสมพันธุ์ของออร์บิทัลอะตอมของคาร์บอน

การผสมพันธุ์แบบออร์บิทัลเป็นกระบวนการที่ออร์บิทัลซึ่งเดิมมี รูปแบบต่างๆและพลังงานผสมกัน ทำให้เกิดออร์บิทัลลูกผสมจำนวนเท่ากัน มีรูปร่างและพลังงานเท่ากัน

ตัวอย่างเช่น เมื่อผสมหนึ่ง ส-และสาม พี-ออร์บิทัลสี่ออร์บิทัลถูกสร้างขึ้น sp 3- ออร์บิทัลไฮบริด:

ในกรณีของอะตอมของคาร์บอน การผสมพันธุ์มีส่วนร่วมเสมอ ส-วงโคจรและจำนวน พี-ออร์บิทัลที่สามารถมีส่วนร่วมในการผสมพันธุ์แตกต่างกันไปตั้งแต่หนึ่งถึงสาม พี-ออร์บิทัล

จะกำหนดประเภทของไฮบริไดเซชันของอะตอมคาร์บอนในโมเลกุลอินทรีย์ได้อย่างไร?

ขึ้นอยู่กับจำนวนอะตอมอื่น ๆ ที่อะตอมของคาร์บอนถูกผูกมัดมันอยู่ในสถานะ sp 3หรือในรัฐ sp 2หรือในรัฐ sp-การผสมพันธุ์:

มาฝึกการกำหนดชนิดของการผสมพันธุ์ของอะตอมคาร์บอนโดยใช้ตัวอย่างของโมเลกุลอินทรีย์ต่อไปนี้:

อะตอมของคาร์บอนแรกถูกผูกมัดกับอีกสองอะตอม (1H และ 1C) ดังนั้นจึงอยู่ในสถานะ sp- การผสมพันธุ์

อะตอมของคาร์บอนที่สองถูกผูกมัดกับสองอะตอม - sp-hybridization
อะตอมของคาร์บอนที่สามถูกผูกมัดกับอะตอมอื่นอีกสี่อะตอม (สอง C และสอง H) - sp 3-hybridization
อะตอมของคาร์บอนที่สี่ถูกผูกมัดกับอะตอมอื่นอีกสามอะตอม (2O และ 1C) - sp 2- การผสมพันธุ์

หัวรุนแรง กลุ่มงาน

คำว่า "radical" ส่วนใหญ่มักจะหมายถึงไฮโดรคาร์บอนเรดิคัล ซึ่งเป็นส่วนที่เหลือของโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนใดๆ ที่ไม่มีไฮโดรเจนอะตอม

ชื่อของไฮโดรคาร์บอนเรดิคัลเกิดขึ้นจากชื่อของไฮโดรคาร์บอนที่เกี่ยวข้องโดยแทนที่ส่วนต่อท้าย -หนึ่ง ต่อท้าย –silt .

กลุ่มงาน - ชิ้นส่วนโครงสร้างของโมเลกุลอินทรีย์ (อะตอมบางกลุ่ม) ซึ่งมีหน้าที่เฉพาะ คุณสมบัติทางเคมี.

ขึ้นอยู่กับกลุ่มฟังก์ชันในโมเลกุลของสารที่มีอายุมากที่สุด สารประกอบจะถูกกำหนดให้กับชั้นหนึ่งหรืออีกชั้นหนึ่ง

R คือการกำหนดของหมู่แทนที่ไฮโดรคาร์บอน (อนุมูล)

สารอนุมูลอิสระอาจมีพันธะหลายพันธะ ซึ่งถือได้ว่าเป็นหมู่ฟังก์ชันด้วย เนื่องจากพันธะหลายตัวมีส่วนทำให้เกิดคุณสมบัติทางเคมีของสาร

ถ้าโมเลกุลอินทรีย์ประกอบด้วยหมู่ฟังก์ชันตั้งแต่สองหมู่ขึ้นไป สารประกอบดังกล่าวจะเรียกว่าพอลิฟังก์ชัน

แนวคิดของการผสมพันธุ์

แนวคิดของการผสมพันธุ์ของวาเลนซ์อะตอมออร์บิทัลถูกเสนอโดยนักเคมีชาวอเมริกัน Linus Pauling เพื่อตอบคำถามว่าทำไมถ้าอะตอมกลางมีออร์บิทัลวาเลนซ์ (s, p, d) ที่แตกต่างกัน พันธะที่เกิดขึ้นในโมเลกุล polyatomic ที่มีลิแกนด์เหมือนกันจะมีพลังงานและลักษณะเชิงพื้นที่เท่ากัน .

แนวคิดเกี่ยวกับไฮบริไดเซชันเป็นศูนย์กลางของวิธีการพันธะเวเลนซ์ การผสมข้ามพันธุ์นั้นไม่ใช่กระบวนการทางกายภาพที่แท้จริง แต่เป็นเพียงแบบจำลองที่สะดวกที่ทำให้สามารถอธิบายโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การดัดแปลงสมมุติฐานของออร์บิทัลของอะตอมระหว่างการก่อตัวของพันธะเคมีโควาเลนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การจัดตำแหน่งของสารเคมี ความยาวของพันธะและมุมพันธะในโมเลกุล

แนวคิดเรื่องไฮบริไดเซชันถูกนำไปใช้กับคำอธิบายเชิงคุณภาพของโมเลกุลอย่างง่ายได้สำเร็จ แต่ต่อมาได้ขยายไปสู่คำอธิบายที่ซับซ้อนมากขึ้น มันไม่เหมือนกับทฤษฎีของออร์บิทัลของโมเลกุลตรงที่มันไม่ได้เป็นเชิงปริมาณอย่างเข้มงวด ตัวอย่างเช่น มันไม่สามารถทำนายสเปกตรัมโฟโตอิเล็กตรอนของแม้แต่โมเลกุลธรรมดาอย่างน้ำได้ ปัจจุบันใช้เป็นหลักสำหรับวัตถุประสงค์ในเชิงระเบียบวิธีและในเคมีอินทรีย์สังเคราะห์

หลักการนี้สะท้อนให้เห็นในทฤษฎีการผลักคู่อิเล็กตรอนของกิลเลสปี-นีโฮล์ม กฎข้อแรกและสำคัญที่สุดซึ่งกำหนดไว้ดังนี้:

"คู่อิเล็กทรอนิกส์ใช้การจัดเรียงดังกล่าวบนเปลือกเวเลนซ์ของอะตอมซึ่งพวกมันอยู่ห่างจากกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้นั่นคือคู่อิเล็กตรอนมีพฤติกรรมราวกับว่าพวกมันผลักกัน"

กฎข้อที่สองคือ "คู่อิเล็กตรอนทั้งหมดที่รวมอยู่ในเปลือกอิเล็กตรอนของวาเลนซ์จะถือว่าอยู่ห่างจากนิวเคลียสเท่ากัน".

ประเภทของการผสมพันธุ์

sp การผสมพันธุ์

เกิดขึ้นเมื่อผสมหนึ่ง s- และหนึ่ง p-orbitals ออร์บิทัล sp-atomic ที่เทียบเท่ากันสองออร์บิทัลถูกสร้างขึ้นโดยวางแนวเส้นตรงที่มุม 180 องศาและมุ่งตรงไปยัง ด้านต่างๆจากนิวเคลียสของอะตอมคาร์บอน p-orbitals ที่ไม่ใช่ลูกผสมที่เหลืออีกสองตัวตั้งอยู่ในระนาบตั้งฉากซึ่งกันและกันและมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะπหรือถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนคู่เดียว

sp 2 การผสมพันธุ์

เกิดขึ้นเมื่อผสมหนึ่ง s- และสอง p-orbitals ออร์บิทัลลูกผสมสามออร์บิทัลถูกสร้างขึ้นด้วยแกนที่อยู่ในระนาบเดียวกันและมุ่งตรงไปยังจุดยอดของสามเหลี่ยมที่มุม 120 องศา p-atomic orbital ที่ไม่ใช่ลูกผสมตั้งฉากกับระนาบและตามกฎแล้วมีส่วนร่วมในการก่อตัวของ π-bonds

sp 3 การผสมพันธุ์

เกิดขึ้นเมื่อผสมหนึ่งออร์บิทัล s- และสาม p-orbitals ก่อรูปออร์บิทัล sp3-hybrid สี่วงที่มีรูปร่างและพลังงานเท่ากัน พวกมันสามารถสร้างพันธะ σ สี่พันธะกับอะตอมอื่นหรือเติมด้วยอิเล็กตรอนคู่เดียว

แกนของออร์บิทัล sp3-hybrid มุ่งตรงไปยังจุดยอดของจัตุรมุขปกติ มุมจัตุรมุขระหว่างทั้งสองคือ 109°28" ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานการผลักอิเล็กตรอนที่ต่ำที่สุด ออร์บิทัล Sp3 สามารถสร้างพันธะ σ สี่ตัวกับอะตอมอื่นหรือเติมด้วยอิเล็กตรอนคู่ที่ไม่ใช้ร่วมกัน

การผสมพันธุ์และเรขาคณิตของโมเลกุล

แนวคิดเกี่ยวกับไฮบริไดเซชันของออร์บิทัลอะตอมอยู่ภายใต้ทฤษฎีกิลเลสปี-นีโฮล์มเรื่องการผลักไสคู่อิเล็กตรอน การผสมพันธุ์แต่ละประเภทสอดคล้องกับการวางแนวเชิงพื้นที่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดของวงโคจรไฮบริดของอะตอมกลาง ซึ่งช่วยให้สามารถใช้เป็นพื้นฐานของแนวคิดสเตอริโอเคมีในโลกได้ เคมีอินทรีย์.

ตารางแสดงตัวอย่างความสัมพันธ์ระหว่างประเภทไฮบริไดเซชันที่พบบ่อยที่สุดกับโครงสร้างทางเรขาคณิตของโมเลกุล สมมติว่าออร์บิทัลลูกผสมทั้งหมดมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี (ไม่มีคู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งใช้)

ประเภทของการผสมพันธุ์	ตัวเลข ออร์บิทัลไฮบริด	เรขาคณิต	ตัวอย่าง
sp	2	เชิงเส้น	BeF 2 , CO 2 , NO 2 +
sp 2	3	สามเหลี่ยม	BF 3, NO 3 -, CO 3 2-
sp 3	4	จัตุรมุข	CH 4, ClO 4 -, SO 4 2-, NH 4 +
dsp2	4	สี่เหลี่ยมแบน	Ni(CO) 4 , XeF 4
sp 3 วัน	5	รูปหกเหลี่ยม	บมจ. 5 , AsF 5
sp 3 d 2	6	แปดด้าน	SF 6 , Fe(CN) 6 3- , CoF 6 3-

ลิงค์

วรรณกรรม

พอลลิง แอล.ธรรมชาติ พันธะเคมี/ ต่อ จากอังกฤษ. M.E. Dyatkina. เอ็ด. ศ. ย่า.เค. ซิกคินา. - ม.; L.: Goshimizdat, 1947. - 440 p.
พอลลิง แอล. เคมีทั่วไป. ต่อ. จากอังกฤษ. - M.: Mir, 1974. - 846 น.
Minkin V.I. , Simkin B. Ya. , Minyaev R. M.ทฤษฎีโครงสร้างของโมเลกุล - Rostov-on-Don: Phoenix, 1997. - S. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7
กิลเลสปี อาร์เรขาคณิตของโมเลกุล / ต่อ จากอังกฤษ. E. Z. Zasorina และ V. S. Mastryukov, ed. ยู เอ. เพนตินา. - M.: Mir, 1975. - 278 p.

ดูสิ่งนี้ด้วย

หมายเหตุ

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2010 .

ในกระบวนการกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของอนุภาคเคมี สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงว่าคู่ของเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมหลัก รวมถึงคู่ที่ไม่ก่อให้เกิดพันธะเคมี นั้นอยู่ห่างจากกันในอวกาศอย่างมาก .

คุณสมบัติระยะ

เมื่อพิจารณาถึงประเด็นของพันธะเคมีโควาเลนต์ แนวคิดนี้มักถูกใช้เป็นการผสมพันธุ์ของออร์บิทัลของอะตอม คำนี้เกี่ยวข้องกับการจัดตำแหน่งรูปแบบและพลังงาน การผสมพันธุ์ของออร์บิทัลอะตอมสัมพันธ์กับกระบวนการควอนตัมเคมีของการจัดเรียงใหม่ ออร์บิทัลเมื่อเปรียบเทียบกับอะตอมเริ่มต้นมีโครงสร้างต่างกัน สาระสำคัญของการผสมพันธุ์อยู่ในความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนที่อยู่ถัดจากนิวเคลียสของอะตอมที่ถูกผูกไว้นั้นไม่ได้ถูกกำหนดโดยวงโคจรของอะตอมที่เฉพาะเจาะจง แต่เกิดจากการรวมกันกับเลขควอนตัมหลักที่เท่ากัน โดยพื้นฐานแล้วกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับออร์บิทัลอะตอมพลังงานที่สูงขึ้นและใกล้เคียงที่มีอิเล็กตรอน

ข้อมูลจำเพาะของกระบวนการ

ประเภทของการผสมพันธุ์ของอะตอมในโมเลกุลขึ้นอยู่กับทิศทางของออร์บิทัลใหม่ที่เกิดขึ้น ตามประเภทของไฮบริไดเซชัน เราสามารถกำหนดรูปทรงของไอออนหรือโมเลกุล เสนอคุณลักษณะของคุณสมบัติทางเคมี

ประเภทของการผสมพันธุ์

การผสมพันธุ์ประเภทนี้ เช่น sp เป็นโครงสร้างเชิงเส้น มุมระหว่างพันธะคือ 180 องศา ตัวอย่างของโมเลกุลที่มีตัวแปรไฮบริไดเซชันคล้ายคลึงกันคือ BeCl 2

การผสมพันธุ์ประเภทต่อไปคือ sp 2 โมเลกุลมีลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมมุมระหว่างพันธะคือ 120 องศา ตัวอย่างทั่วไปของตัวแปรไฮบริไดเซชันดังกล่าวคือ BCl 3

ประเภทไฮบริไดเซชัน sp 3 แนะนำโครงสร้างจัตุรมุขของโมเลกุล ตัวอย่างทั่วไปของสารที่มีตัวแปรไฮบริไดเซชันนี้คือโมเลกุลมีเทน CH 4 มุมพันธะในกรณีนี้คือ 109 องศา 28 นาที

ไม่เพียงแต่อิเล็กตรอนที่จับคู่กันเท่านั้น แต่ยังมีคู่ของอิเล็กตรอนที่แยกจากกันโดยตรงในการผสมพันธุ์

การผสมพันธุ์ในโมเลกุลของน้ำ

ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุลของน้ำ มีพันธะโควาเลนต์สองพันธะระหว่างอะตอมออกซิเจนกับอะตอมของไฮโดรเจน นอกจากนี้ อะตอมของออกซิเจนเองยังมีอิเลคตรอนภายนอก 2 คู่ซึ่งไม่ได้มีส่วนในการสร้างพันธะเคมี คู่อิเล็กตรอน 4 คู่ในอวกาศนี้ครอบครองบริเวณรอบ ๆ อะตอมออกซิเจน เนื่องจากพวกมันทั้งหมดมีประจุเท่ากัน มันจึงผลักกันในอวกาศ เมฆอิเล็กตรอนจึงอยู่ห่างจากกันอย่างมาก ประเภทของไฮบริไดเซชันของอะตอมในสารหนึ่งๆ เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของออร์บิทัลของอะตอม พวกมันถูกยืดและจัดชิดกับจุดยอดของจัตุรมุข เป็นผลให้โมเลกุลของน้ำได้รูปทรงเชิงมุมมุมพันธะระหว่างพันธะออกซิเจนและไฮโดรเจนคือ 104.5 o

ในการทำนายชนิดของการผสมพันธุ์ เราสามารถใช้กลไกการรับบริจาคของการเกิดพันธะเคมี เป็นผลให้ออร์บิทัลอิสระขององค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำกว่าทับซ้อนกันเช่นเดียวกับออร์บิทัลขององค์ประกอบที่มีค่าลบทางไฟฟ้าสูงกว่าซึ่งมีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งตั้งอยู่ ในกระบวนการรวบรวมการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม สถานะออกซิเดชันของอะตอมจะถูกนำมาพิจารณาด้วย

กฎสำหรับการระบุประเภทของการผสมพันธุ์

เพื่อกำหนดประเภทของการผสมคาร์บอน สามารถใช้กฎบางอย่างได้:

ระบุอะตอมกลางคำนวณจำนวน σ-พันธะ;
ใส่สถานะออกซิเดชันของอะตอมในอนุภาค
เขียนการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมหลักในสถานะออกซิเดชันที่ต้องการ
สร้างรูปแบบการกระจายตามวงโคจรของเวเลนซ์อิเล็กตรอน, การจับคู่อิเล็กตรอน;
จัดสรร orbitals ที่เกี่ยวข้องโดยตรงในการก่อตัวของพันธะค้นหาอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ (ถ้าจำนวน orbitals ความจุไม่เพียงพอสำหรับการผสมพันธุ์จะใช้ orbitals ของระดับพลังงานถัดไป)

เรขาคณิตของโมเลกุลถูกกำหนดโดยประเภทของการผสมข้ามพันธุ์ ไม่ได้รับผลกระทบจากการมีพันธะ pi ในกรณีของพันธะเพิ่มเติม อาจมีการเปลี่ยนแปลงมุมพันธะได้ เหตุผลก็คือการผลักกันของอิเล็กตรอนทำให้เกิดพันธะหลายพันธะ ดังนั้น ในโมเลกุลไนตริกออกไซด์ (4) ระหว่างการไฮบริไดเซชัน sp 2 มุมพันธะเพิ่มขึ้นจาก 120 องศาเป็น 134 องศา

การผสมพันธุ์ในโมเลกุลแอมโมเนีย

อิเล็กตรอนคู่ที่ไม่แบ่งส่วนจะส่งผลต่อโมเมนต์ไดโพลที่เป็นผลลัพธ์ของโมเลกุลทั้งหมด แอมโมเนียมีโครงสร้างแบบจัตุรมุขที่มีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่ไม่แบ่งแยก ความเป็นไอออนของพันธะไนโตรเจน-ไฮโดรเจนและไนโตรเจน-ฟลูออรีนคือ 15 และ 19 เปอร์เซ็นต์ โดยกำหนดความยาวเป็น 101 และ 137 น. ตามลำดับ ดังนั้น โมเลกุลไนโตรเจนฟลูออไรด์ควรมีโมเมนต์ไดโพลที่ใหญ่กว่า แต่ผลการทดลองบ่งชี้ว่าตรงกันข้าม

การผสมพันธุ์ในสารประกอบอินทรีย์

ไฮโดรคาร์บอนแต่ละประเภทมีการผสมพันธุ์ของตัวเอง ดังนั้นในการก่อตัวของโมเลกุลของคลาสอัลเคน (ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว) อิเล็กตรอนทั้งสี่ของอะตอมของคาร์บอนจะสร้างออร์บิทัลแบบไฮบริด เมื่อซ้อนทับกัน จะเกิดเมฆไฮบริด 4 ก้อน จัดแนวกับจุดยอดของจัตุรมุข นอกจากนี้ ยอดของพวกมันทับซ้อนกับ s-orbitals ที่ไม่ใช่ไฮบริดของไฮโดรเจน ก่อตัวเป็นพันธะเดี่ยว ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวมีลักษณะเฉพาะโดยการผสม sp 3

ในอัลคีนที่ไม่อิ่มตัว (ตัวแทนทั่วไปของพวกเขาคือเอทิลีน) ออร์บิทัลอิเล็กตรอนเพียงสามตัวเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในการไฮบริไดเซชัน - s และ 2 p ออร์บิทัลลูกผสมสามออร์บิทัลสร้างรูปสามเหลี่ยมในอวกาศ p-orbitals ที่ไม่ใช่ลูกผสมทับซ้อนกันสร้างพันธะหลายตัวในโมเลกุล ไฮโดรคาร์บอนอินทรีย์ระดับนี้มีลักษณะเฉพาะโดยสถานะไฮบริด sp 2 ของอะตอมคาร์บอน

Alkynes แตกต่างจากไฮโดรคาร์บอนประเภทก่อนหน้าตรงที่มีออร์บิทัลเพียงสองประเภทเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในกระบวนการไฮบริไดเซชัน: s และ p p-electrons ที่ไม่ใช่ลูกผสมสองตัวที่เหลืออยู่ที่อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมทับซ้อนกันในสองทิศทาง ทำให้เกิดพันธะหลายคู่ ไฮโดรคาร์บอนประเภทนี้มีลักษณะเป็น sp-hybrid state ของอะตอมของคาร์บอน

บทสรุป

โดยการกำหนดประเภทของการผสมข้ามพันธุ์ในโมเลกุล เป็นไปได้ที่จะอธิบายโครงสร้างของสารอนินทรีย์และอินทรีย์ต่างๆ เพื่อทำนายคุณสมบัติทางเคมีที่เป็นไปได้ของสารเฉพาะ

ลักษณะสำคัญของโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่าสองอะตอมคือ การกำหนดค่าทางเรขาคณิตถูกกำหนดโดยการจัดเรียงร่วมกันของออร์บิทัลของอะตอมที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเคมี

เพื่ออธิบายโครงร่างทางเรขาคณิตของโมเลกุล ใช้แนวคิดของไฮบริไดเซชันของ AO ของอะตอมกลาง อะตอมเบริลเลียมที่ตื่นเต้นมีการกำหนดค่า 2s 1 2p 1 อะตอมโบรอนที่ตื่นเต้นมีการกำหนดค่า 2s 1 2p 2 และอะตอมของคาร์บอนที่ตื่นเต้นมีการกำหนดค่า 2s 1 2p 3 ดังนั้นเราจึงสามารถสรุปได้ว่าไม่เหมือนกัน แต่ออร์บิทัลของอะตอมที่แตกต่างกันสามารถมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี ตัวอย่างเช่น ในสารประกอบเช่น BeCl 2 , BCl 3 , CCl 4 ควรมีพลังงานและทิศทางของพันธะไม่เท่ากัน อย่างไรก็ตาม ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าในโมเลกุลที่มีอะตอมกลางที่มีออร์บิทัลวาเลนซ์ต่างกัน

(s, p, d) การเชื่อมต่อทั้งหมดมีค่าเท่ากัน เพื่อแก้ไขข้อขัดแย้งนี้ Pauling และ Slater ได้เสนอแนวคิดเรื่องการผสมข้ามพันธุ์

บทบัญญัติหลักของแนวคิดเรื่องการผสมพันธุ์:

1. ออร์บิทัลลูกผสมเกิดขึ้นจากออร์บิทัลของอะตอมที่ต่างกัน พลังงานไม่ต่างกันมาก

2. จำนวนออร์บิทัลลูกผสมเท่ากับจำนวนออร์บิทัลของอะตอมที่เกี่ยวข้องกับการผสมพันธุ์

3. ออร์บิทัลลูกผสมมีรูปร่างคล้ายเมฆอิเล็กตรอนและพลังงาน

4 เมื่อเปรียบเทียบกับออร์บิทัลของอะตอม พวกมันจะยืดออกไปในทิศทางของการเกิดพันธะเคมี ดังนั้นจึงทำให้เมฆอิเล็กตรอนทับซ้อนกันได้ดีขึ้น

ควรสังเกตว่าการผสมพันธุ์ของออร์บิทัลนั้นไม่มีอยู่ในกระบวนการทางกายภาพ วิธีการไฮบริไดเซชันเป็นแบบจำลองที่สะดวกสำหรับการอธิบายด้วยสายตาของโมเลกุล

Sp การผสมพันธุ์

sp–hybridization เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น ในการก่อตัวของเฮไลด์ Be, Zn, Co และ Hg(II) ในสถานะเวเลนซ์ โลหะเฮไลด์ทั้งหมดมีอิเล็กตรอน s- และ p-unpaired ที่ระดับพลังงานที่สอดคล้องกัน เมื่อโมเลกุลถูกสร้างขึ้น หนึ่ง s- และหนึ่ง p-orbital จะสร้าง sp-orbitals ไฮบริดสองตัวที่มุม 180 o (รูปที่ 5)

รูปที่ 5 sp ไฮบริดออร์บิทัล

ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเฮไลด์ Be, Zn, Cd และ Hg(II) ทั้งหมดมีลักษณะเป็นเส้นตรงและพันธะทั้งสองมีความยาวเท่ากัน

sp 2 การผสมพันธุ์

อันเป็นผลมาจากการรวมกันของ s-orbital หนึ่งตัวและ p-orbitals สองอัน ออร์บิทัล sp 2 ไฮบริดสามออร์บิทัลจึงเกิดขึ้น ซึ่งอยู่ในระนาบเดียวกันที่มุม 120° ซึ่งกันและกัน ตัวอย่างเช่น การกำหนดค่าของโมเลกุล BF 3 (รูปที่ 6):

รูปที่ 6 sp 2 ไฮบริดออร์บิทัล

sp 3 การผสมพันธุ์

sp 3 -Hybridization เป็นลักษณะของสารประกอบคาร์บอน อันเป็นผลมาจากการรวมกันของ s-orbital หนึ่งตัวและ p-orbitals สามตัวทำให้เกิด sp 3 -orbitals ไฮบริดสี่ตัวซึ่งมุ่งไปยังจุดยอดของจัตุรมุขที่มีมุมระหว่างออร์บิทัลที่ 109.5 o การผสมพันธุ์แสดงให้เห็นในพันธะที่สมบูรณ์ของพันธะของอะตอมคาร์บอนกับอะตอมอื่นๆ ในสารประกอบ ตัวอย่างเช่น ใน CH 4, CCl 4, C (CH 3) 4 เป็นต้น (รูปที่ 7)

รูปที่ 7 sp 3 ไฮบริดออร์บิทัล

วิธีการไฮบริไดเซชันอธิบายเรขาคณิตของโมเลกุลแอมโมเนีย อันเป็นผลมาจากการรวมกันของออร์บิทัลไนโตรเจน 2s หนึ่งอันและออร์บิทัล 2p สามออร์บิทัล ออร์บิทัลลูกผสม sp 3 สี่ sp 3 ได้เกิดขึ้น โครงสร้างของโมเลกุลเป็นรูปจัตุรมุขบิดเบี้ยวซึ่งออร์บิทัลลูกผสมสามออร์บิทัลมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมีและอันที่สี่ที่มีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งไม่ทำ มุมระหว่าง พันธบัตร NHไม่เท่ากับ 90 o ในปิรามิด แต่ไม่เท่ากับ 109.5 o ที่สอดคล้องกับจัตุรมุข (รูปที่ 8):

รูปที่ 8 sp 3 - การผสมพันธุ์ในโมเลกุลแอมโมเนีย

เมื่อแอมโมเนียทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนไอออน H + + ׃NH 3 \u003d NH 4 + อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างผู้บริจาคและผู้รับ แอมโมเนียมไอออนจะก่อตัวขึ้น โดยมีการกำหนดค่าเป็นรูปจัตุรมุข

การผสมพันธุ์ยังอธิบายความแตกต่างในมุมระหว่างพันธะ O–H ในโมเลกุลของน้ำที่มุม อันเป็นผลมาจากการรวมกันของหนึ่ง 2s และสาม 2p ออร์บิทัลออกซิเจนทำให้เกิดออร์บิทัลไฮบริดสี่ sp 3 ซึ่งมีเพียงสองคนเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมีซึ่งนำไปสู่การบิดเบือนของมุมที่สอดคล้องกับจัตุรมุข (รูปที่ . 9):

รูปที่ 9 sp 3 - การผสมพันธุ์ในโมเลกุลของน้ำ

การผสมพันธุ์สามารถรวมถึง s- และ p- ไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึง d- และ f-orbitals ด้วย

ด้วยการผสมข้ามพันธุ์ sp 3 d 2 จะเกิดเมฆที่เทียบเท่ากัน 6 ก้อน สังเกตได้จากสารประกอบเช่น 4-, 4- (รูปที่ 10) ในกรณีนี้ โมเลกุลมีโครงแบบแปดด้าน:

ข้าว. สิบ d 2 sp 3 -hybridization ในไอออน 4-

แนวคิดเกี่ยวกับการผสมข้ามพันธุ์ทำให้สามารถเข้าใจคุณลักษณะดังกล่าวของโครงสร้างของโมเลกุลที่ไม่สามารถอธิบายในลักษณะอื่นได้ การผสมพันธุ์ของอะตอมออร์บิทัล (AO) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเมฆอิเล็กตรอนไปในทิศทางของการเกิดพันธะกับอะตอมอื่น เป็นผลให้บริเวณที่ทับซ้อนกันของออร์บิทัลแบบไฮบริดนั้นมีขนาดใหญ่กว่าออร์บิทัลบริสุทธิ์และความแข็งแรงของพันธะเพิ่มขึ้น

ดีโลแคลไลซ์ π-bond

ตามวิธี MVS โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลดูเหมือนชุดของรูปแบบวาเลนซ์ที่แตกต่างกัน (วิธีคู่ที่โลคัลไลซ์) แต่เมื่อมันปรากฏออกมา มันเป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับโครงสร้างของโมเลกุลและไอออนจำนวนมากในแง่ของพันธะที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นเท่านั้น การศึกษาแสดงให้เห็นว่าพันธะ σ เท่านั้นที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นเสมอ เมื่อมีพันธะ π สามารถมีได้ delocalizationซึ่งคู่อิเล็กตรอนที่ประสานกันนั้นเป็นของนิวเคลียสอะตอมมากกว่าสองนิวเคลียส ตัวอย่างเช่น มีการทดลองแล้วว่าโมเลกุล BF 3 มีรูปสามเหลี่ยมแบน (รูปที่ 6) ทั้งสามลิงค์

B–F มีค่าเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ค่าของระยะห่างระหว่างนิวเคลียร์บ่งชี้ว่าพันธะอยู่ตรงกลางระหว่างเดี่ยวและคู่ ข้อเท็จจริงเหล่านี้สามารถอธิบายได้ดังนี้ ที่อะตอมของโบรอนอันเป็นผลมาจากการรวมกันของ s-orbital หนึ่งตัวและ p-orbitals สองตัวทำให้เกิดออร์บิทัล sp 2 ลูกผสมสามตัวซึ่งอยู่ในระนาบเดียวกันที่มุม 120 ซึ่งใกล้เคียงกัน แต่ p ที่ไม่เป็นลูกผสมอิสระ -วงโคจรยังคงไม่ได้ใช้ และอะตอมของฟลูออรีนมีคู่อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ได้ใช้ร่วมกัน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างพันธะ π โดยกลไกตัวรับผู้บริจาค ความเท่าเทียมกันของพันธะทั้งหมดบ่งบอกถึงการแยกส่วนของพันธะ π ระหว่างอะตอมฟลูออรีนสามอะตอม

สูตรโครงสร้างของโมเลกุล BF 3 โดยคำนึงถึงการแยกส่วนของ π-บอนด์ สามารถอธิบายได้ดังนี้ (พันธะที่ไม่ได้ระบุตำแหน่งจะแสดงด้วยเส้นประ):

ข้าว.11 โครงสร้างของโมเลกุล BF 3

π-bond ที่ไม่ได้ระบุตำแหน่งจะกำหนดจำนวนทวีคูณที่ไม่ใช่จำนวนเต็มของพันธะ ในกรณีนี้ จะเท่ากับ 1 1/3 เนื่องจากระหว่างอะตอมโบรอนกับอะตอมฟลูออรีนแต่ละอะตอมมี σ-bond หนึ่งตัวและ 1/3 ส่วนของ π-bond

ในทำนองเดียวกัน ความเท่าเทียมกันของพันธะทั้งหมดใน NO 3 - ion บ่งชี้ถึงการแยกส่วนของพันธะ π และประจุลบของอะตอมออกซิเจนทั้งหมด ในไอออนสามเหลี่ยมแบน NO 3 - (sp 2 -hybridization ของอะตอมไนโตรเจน) แยกส่วน

พันธะ π (แสดงด้วยเส้นประ) กระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอะตอมของออกซิเจนทั้งหมด (รูปที่ 12)

ข้าว. 12สูตรโครงสร้างของไอออน NO 3 - โดยคำนึงถึงการแยกส่วนของ π-bond

ในทำนองเดียวกัน delocalized π-bonds จะถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอะตอมออกซิเจนทั้งหมดในแอนไอออน: PO 4 3- (sp 3 - การผสมพันธุ์ของอะตอมฟอสฟอรัส → จัตุรมุข), SO 4 2- (sp 3 - การผสมพันธุ์ของอะตอมกำมะถัน → จัตุรมุข) ( รูปที่ 13)