L. Pauling amerikai tudós előterjesztette az atompályák hibridizációjának ötletét. Ezen elképzelés szerint, ha egy kémiai kötésbe belépő atom különböző atompályákkal (AO) rendelkezik (s-, p-, d- vagy f-AO), akkor a kémiai kötés kialakulása során az AO hibridizációja megy végbe. Azok. azonos (egyenértékű) AO-k jönnek létre a különböző AO-kból. Egy atom olyan pályákat hibridizál, amelyek közeli energiaértékkel rendelkeznek. Az AO hibridizáció ötlete kényelmes és vizuális módszer a kémiai vegyületek képződése során fellépő összetett folyamatok leírására. A hibrid AO alakja eltér az eredeti AO alakjától (4.3. ábra).
Rizs. 4.3 . Atomic sp hibrid pálya
A hibrid AO-ban az elektronsűrűség az atommag egyik oldalára tolódik el. Amikor egy hibrid pálya kölcsönhatásba lép egy másik atom AO-jával, átfedés lép fel a maximális elektronsűrűség tartományában, ami a kötési energia növekedéséhez vezet. A kötési energia növekedése ellensúlyozza a hibrid pálya kialakításához szükséges energiát. Ennek eredményeként a hibrid pályák által kialakított kémiai kötések erősebbek, a létrejövő molekula pedig stabilabb.
Ha egy atom olyan kémiai kötésbe lép, amelynek a külső vegyértékszintjén egy s- és egy p-elektronja van, akkor ebben az atomban AO sp-hibridizációja megy végbe a kötésképződés során (4.4. ábra).
Rizs. 4.4.sp hibridizációs séma
Ha egy kémiai kötésbe belépő atomnak egy s- és két p-elektronja van a külső héjon, akkor az sp-hibridizáció mellett ennek az atomnak az AO-jának sp 2-hibridizációja is bekövetkezhet (4.5. ábra).
Rizs. 4.5 .
sp 2 hibridizációs séma
Egy s- és három p-elektronnal rendelkező atomban a külső héjon a kémiai kölcsönhatás során az sp- és sp 2-hibridizáció mellett ezen AO-k sp 3-hibridizációja is bekövetkezhet (4.6. ábra).
Rizs. 4.6 .
Sp 3 hibridizációs séma
Több is van összetett típusok az atomok d-pályáit érintő hibridizáció (4.3. táblázat).
Amint a 4.4-4.6. ábrákon látható, a hibrid felhők a térben szimmetrikusan helyezkednek el egymáshoz képest, ami csökkenti kölcsönös taszításukat, és ennek megfelelően csökkenti a molekulák energiáját.
4.3. táblázat
Egyes kapcsolatok térbeli konfigurációja
4.1.4.2. σ-, π- és δ-kötések kialakulása
Az elektronfelhők átfedésének irányától függően s-, p- és δ-kötések jönnek létre. .
Az AO-nak a kölcsönható atommagokat összekötő vonal mentén történő átfedésével létrejövő kötést s kötésnek nevezzük. Szigmakötés akkor jöhet létre, ha két s-pálya fedi egymást (4.7. ábra), s- és p-pályák, p-pályák egymás között, d-pályák, valamint d- és s-pályák, d- és p-pályák , valamint átfedő hibrid pályák más típusú pályákkal és egymással. A szigmakötés általában két atomot ível át, és nem nyúlik túl rajtuk, tehát lokalizált kétközpontú kötés.
| s-s |  p-p |  p-s |
| sp n-s |  d-spn |  sp n-sp n |
Rizs. 4.7. Atompályák átfedése σ-kötések kialakulása során
Az atommagokat összekötő vonal két oldalán nem hibrid p- és d-AO-k átfedésével létrejövő kötést (oldalsó átfedések) ún.π - kommunikáció. Pi kötés akkor jöhet létre, ha p-p pályák átfedik egymást, p-d pályák átfedik egymást, d - d-pályák (4.8. ábra), valamint f-p-, f-d- és f-f-pályák.
Rizs. 4.8.Atompályák átfedése π-kötések kialakulása során
A d-pályák mind a négy lebenyével való átfedésével létrejövő kötést δ kötésnek nevezzük(4.9. ábra).
Ennek megfelelően az s-elemek csak σ-kötéseket, p-elemek - σ- és π-kötéseket, d-elemek - σ-, π- és δ-kötéseket, valamint f-elemek - σ-, π-, δ- kötéseket alkothatnak. és még bonyolultabb összefüggések. Az AO kisebb átfedése miatt a π- és δ-kötések erőssége kisebb, mint a σ-kötéseké.
Rizs. 4.9.Az atomi d-pályák átfedésének iránya a δ-kötések kialakulása során
Általános és BIOszerves kémia
(előadásjegyzet)
2. rész. Szerves kémia
Az Általános Orvostudományi Kar „Fogászat” szak 1. éves hallgatói számára
Az Oroszországi Népek Barátsága Egyetem kiadója,
Jóváhagyott
RIS Akadémiai Tanács
Az oroszországi Népek Barátság Egyeteme
Kovalchukova O.V., Avramenko O.V.
Általános és bioszerves kémia (előadásjegyzet). 2. rész Szerves kémia. Az Általános Orvostudományi Kar „Fogászat” szak 1. éves hallgatóinak. Moszkva: RUDN Egyetem, 2010. 108 p.
Előadások kivonata az Orvostudományi Kar „Fogászat” szak 1. éves hallgatói számára. Az „Általános és bioszerves kémia” kurzus programja szerint összeállítva.
Készült az Általános Kémia Tanszéken.
© Kovalchukova O.V., Avramenko O.V.
© Az Oroszországi Népek Barátsága Egyetem Kiadója, 2010
BEVEZETÉS
A bioszerves kémia a kémia egyik ága, amely szorosan kapcsolódik az egyetemek orvosi karainak olyan speciális tudományágaihoz, mint a biokémia, gyógyszerészet, élettan, molekuláris biológia. A biológiailag aktív molekulák szerkezetét és működési mechanizmusait a szerves kémia pozícióiból és elképzeléseiből vizsgáló tudományterület, amely meghatározza a szerves vegyületek szerkezete és reakciókészsége közötti kapcsolat mintázatait.
Az előadások során a fő figyelmet a szerves vegyületek osztályozása kapja a szénváz szerkezete és a funkciós csoportok jellege szerint, azokra a törvényszerűségekre, amelyek a szerves molekulák kémiai szerkezetét összekapcsolják reakcióközpontjaik természetével, elektron- és térszerkezetük kapcsolata a kémiai átalakulások mechanizmusaival.
A SZERVES VEGYÜLETEK KÉMIAI SZERKEZETÉNEK ELMÉLETE
szerves vegyületek- ezek szénvegyületek (a legegyszerűbbek kivételével), amelyekben IV vegyértéket mutat.
Szerves kémia a szénhidrogének és származékaik kémiája.
A szerves vegyületek szénatomja gerjesztett állapotban van, és négy párosítatlan elektronja van:
6 C 1s 2 2s 2 2p 2 → 6 C* 1s 2 2s 1 2p 3
Egy gerjesztett szénatom képes:
1) erős kötéseket képeznek más szénatomokkal, ami láncok és ciklusok kialakulásához vezet;
2) miatt különféle típusok pályák hibridizációja egyszerű, kettős és hármas kötések kialakítására a szénatomok között és más atomokkal (H, O, N, S, P stb.);
3) négy különböző atommal egyesül, ami elágazó szénláncok kialakulásához vezet.
A szénatom hibridizáció típusai szerves vegyületekben
sp 3 - hibridizáció
Mind a négy vegyértékpálya részt vesz a hibridizációban. Vegyértékszög 109 o 28' (tetraéder). A szénatomok csak egyszerű (σ) kötéseket képeznek - a vegyület telített.
sp 2 - hibridizáció
Három hibrid és egy nem hibrid orbitális képződik. Vegyértékszög 120 o (lapos szerkezetek, szabályos háromszög). A hibrid pályák σ-kötéseket alkotnak. A nem hibrid pályák p-kötéseket alkotnak. sp 2– A hibridizáció jellemző az egy p-kötést tartalmazó telítetlen vegyületekre.
sp - hibridizáció
Két hibrid és két nem hibrid orbitális képződik. Vegyértékszög 180 o (lineáris szerkezetek). A szénatom állapotban van sp-a hibridizáció két kettős kötés vagy egy hármas kötés kialakításában vesz részt.
A szerves vegyületek szerkezetének elmélete 1861-ben fogalmazta meg A.M. Butlerov és magában foglalja a következő rendelkezéseket:
1. A molekulát alkotó összes atom egy szigorúan meghatározott sorrendben kapcsolódik egymáshoz, vegyértéküknek megfelelően. Az atomok molekulává egyesülési sorrendje határozza meg kémiai szerkezete .
2. A szerves vegyületek tulajdonságai nemcsak az anyagok minőségi és mennyiségi összetételétől, hanem kombinációjuk sorrendjétől (a molekula kémiai szerkezetétől) is függnek.
3. A molekulában lévő atomok kölcsönösen befolyásolják egymást, azaz. a molekulában lévő atomcsoportok tulajdonságai a molekulát alkotó többi atom természetétől függően változhatnak. Atomcsoport, amely meghatározza Kémiai tulajdonságok szerves molekulákat nevezzük funkcionális csoport .
4. Minden szerves vegyületnek csak egy van kémiai formula. A kémiai képlet ismeretében megjósolhatja a vegyület tulajdonságait, tulajdonságainak gyakorlati tanulmányozásával pedig megállapíthatja a kémiai képletet.
szerves molekula
A szénváz típusai:
Aciklikus:
· elágazó;
normál (lineáris).
Ciklikus:
karbociklusos (csak szénatomok ciklusa);
heterociklusos (a szénatomokon kívül a ciklus más atomokat is tartalmaz - nitrogén, oxigén, kén).
A szénatomok típusai a szénhidrogénláncban:
H3C-CH2-CH-C-CH3
Elsődleges szénatomok (egy szénatomos láncban kapcsolódnak, terminális);
Másodlagos szénatom (két szomszédos szénatomhoz kapcsolódik, a lánc közepén található);
tercier szénatom (a szénlánc elágazásánál található, három szénatomhoz kapcsolódik);
Kvaterner szénatom (a szénatomokon kívül nincs más szubsztituense).
Funkcionális csoport- egy speciális atomcsoport, amely meghatározza a vegyületek kémiai tulajdonságait.
Példák funkcionális csoportok:
-Ő-hidroxilcsoport (alkoholok, fenolok);
C=O– karbonilcsoport (ketonok, aldehidek);
TÓL TŐL- karboxilcsoport (karbonsavak);
-NH 2 - aminocsoport (aminok);
-SH- tiolcsoport (tioalkoholok)
szerves összetevő
| összetett | tulajdonságait | kémiai szerkezete |
Az alkotó atomok szerves összetevő, különböző módokon egyesülhet molekulákká. Például egy C 2 H 6 O összetételű vegyület két különböző fizikai és kémiai tulajdonságú kémiai vegyületnek felelhet meg:
Összetett szerves vegyület - az atomok száma különféle elemek molekulájában szerepel. Izomerek Azonos összetételű, de eltérő kémiai szerkezetű vegyületek. Az izomerek különböző kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek.
Az izoméria típusai
SZERKEZETI IZOMÉRIA
A szénlánc izomerizmusa:
A többszörös kötések helyzetének izomerizmusa:
Interclass izoméria:
sztereoizoméria
Geometriai(térbeli, cisz-transz- kettős kötést tartalmazó vegyületek izomériája):
 |  |
| cis-butén-2 | transz-butén-2 |
Geometriai izoméria akkor lehetséges, ha a kettős kötés kialakításában részt vevő szénatomok mindegyike különböző szubsztituensekkel rendelkezik. Tehát a butén-1 CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3 esetében a geometriai izoméria lehetetlen, mivel a kettős kötés egyik szénatomjának két azonos szubsztituense (hidrogénatom) van.
Geometriai(térbeli, cisz-transz-ciklusos határvegyületek izomériája):
Geometriai izoméria akkor lehetséges, ha a ciklust alkotó legalább két szénatom különböző szubsztituensekkel rendelkezik.
Optikai:
Az optikai izomerizmus a sztereoizoméria egy fajtája a molekulák kiralitása miatt. A természetben vannak olyan vegyületek, amelyek úgy korrelálnak, mint egy ember két keze. Ezeknek a vegyületeknek az egyik tulajdonsága a tükörképükkel való összeférhetetlenségük. Ezt a tulajdonságot kiralitásnak nevezik (görögül. « Val vel örökös"- kéz).
A molekulák optikai aktivitása akkor észlelhető, ha polarizált fénynek vannak kitéve. Ha egy polarizált fénysugarat átengedünk egy optikailag aktív anyag oldatán, akkor a polarizációs síkja elfordul. Az optikai izomereket előtagokkal jelöljük d-
A kémiai részecske geometriai alakjának meghatározása során fontos figyelembe venni, hogy a fő atom vegyértékelektron-párjai, beleértve azokat is, amelyek nem képeznek kémiai kötést, nagy távolságra vannak egymástól a térben. .
Amikor a kovalens kémiai kötés kérdését vizsgáljuk, gyakran használnak egy fogalmat az atomi pályák hibridizációjaként. Ez a kifejezés a forma és az energia összehangolására vonatkozik. Az atomi pályák hibridizációja az átrendeződés kvantumkémiai folyamatával függ össze. A kiindulási atomokhoz képest a pályák szerkezete eltérő. A hibridizáció lényege abban rejlik, hogy a kötött atom magja mellett elhelyezkedő elektront nem egy adott atompálya határozza meg, hanem azok azonos főkvantumszámmal való kombinációja. Alapvetően ez a folyamat magasabb, közeli energiájú atomi pályákra vonatkozik, amelyek elektronokat tartalmaznak.
A molekulákban lévő atomok hibridizációjának típusai attól függnek, hogy az új pályák orientációja hogyan történik. A hibridizáció típusa szerint meghatározható egy ion vagy molekula geometriája, javaslatot tesz a kémiai tulajdonságok jellemzőire.
Ez a fajta hibridizáció az sp-hez hasonlóan lineáris szerkezet, a kötések közötti szög 180 fok. Egy hasonló hibridizációs változattal rendelkező molekula például a BeCl 2.
A hibridizáció következő típusa az sp 2 . A molekulák háromszög alakúak, a kötések közötti szög 120 fok. Az ilyen hibridizációs változat tipikus példája a BCl3.
Az sp 3 hibridizációs típus a molekula tetraéderes szerkezetére utal; az ezzel a hibridizációs változattal rendelkező anyag tipikus példája a metán CH 4 molekula. A kötési szög ebben az esetben 109 fok 28 perc.
Nemcsak a párosított elektronok, hanem az el nem választott elektronpárok is közvetlenül részt vesznek a hibridizációban.
Például egy vízmolekulában két kovalens poláris kötés van az oxigénatom és a hidrogénatom között. Ezenkívül magának az oxigénatomnak van két külső elektronpárja, amelyek nem vesznek részt a kémiai kötés létrehozásában. Ez a 4 elektronpár a térben egy bizonyos helyet foglal el az oxigénatom körül. Mivel mindegyiknek azonos a töltése, a térben taszítják egymást, az elektronfelhők jelentős távolságra vannak egymástól. Az atomok hibridizációjának típusa egy adott anyagban az atompályák alakjának megváltozásával jár, azok megnyúlnak és a tetraéder csúcsaihoz igazodnak. Ennek hatására a vízmolekula szögletes alakot kap, az oxigén-hidrogén kötések közötti kötésszög 104,5 o.
A hibridizáció típusának előrejelzésére a kémiai kötés kialakulásának donor-akceptor mechanizmusát használhatjuk. Ennek eredményeként egy kisebb elektronegativitású elem szabad pályái átfedik egymást, valamint a nagyobb elektromos negativitással rendelkező elem pályái, amelyeken egy elektronpár található. Az atomok elektronikus konfigurációjának összeállítása során figyelembe veszik az oxidációs állapotukat.
A szénhibridizáció típusának meghatározásához bizonyos szabályokat lehet alkalmazni:
A molekula geometriáját a hibridizáció típusa határozza meg. Nem befolyásolja a pi kötések jelenléte. További kötés esetén a kötésszög változása lehetséges, ennek oka a többszörös kötést alkotó elektronok kölcsönös taszítása. Tehát a nitrogén-monoxid molekulában (4) az sp 2 hibridizáció során a kötési szög 120 fokról 134 fokra nő.
Egy meg nem osztott elektronpár befolyásolja a teljes molekula dipólusmomentumát. Az ammónia tetraéderes szerkezetű, meg nem osztott elektronpárral. A nitrogén-hidrogén és a nitrogén-fluor kötések ionossága 15, illetve 19 százalék, hosszát 101, illetve 137 pm-ben határoztuk meg. Így a nitrogén-fluorid molekulának nagyobb dipólusmomentumnak kell lennie, de a kísérleti eredmények ennek az ellenkezőjét mutatják.
A szénhidrogének minden osztályának megvan a maga hibridizációs típusa. Tehát az alkánok (telített szénhidrogének) osztályába tartozó molekulák képződése során a szénatom mind a négy elektronja hibrid pályát alkot. Ha átfedik egymást, 4 hibrid felhő képződik, amelyek a tetraéder csúcsaihoz igazodnak. Ezenkívül a csúcsuk átfedésben van a hidrogén nem hibrid s-pályáival, egyetlen kötést képezve. A telített szénhidrogénekre az sp 3 hibridizáció jellemző.
A telítetlen alkénekhez (a tipikus képviselője az etilén) csak három elektronpálya vesz részt a hibridizációban - s és 2 p, három hibridpálya alkot háromszöget a térben. A nem hibrid p-pályák átfedik egymást, többszörös kötést hozva létre a molekulában. A szerves szénhidrogének ezen osztályát a szénatom sp 2 hibrid állapota jellemzi.
Az alkinek abban különböznek a szénhidrogének előző osztályától, hogy a hibridizációs folyamatban csak kétféle orbitál vesz részt: s és p. Az egyes szénatomoknál megmaradó két nem hibrid p-elektron két irányban átfedi egymást, és két többszörös kötést képez. Ez az osztály szénhidrogéneket a szénatom sp-hibrid állapota jellemzi.
Egy molekulában a hibridizáció típusának meghatározásával megmagyarázható a különböző szervetlen, ill. szerves anyag, egy adott anyag lehetséges kémiai tulajdonságainak előrejelzésére.
Az atompályák hibridizációs módszere abból a feltételezésből indul ki, hogy a molekula kialakulása során a kezdeti atom- és -elektronfelhők helyett olyan ekvivalens "kevert" vagy hibrid elektronfelhők jönnek létre, amelyek a szomszédos atomok felé megnyúlnak, ami miatt teljesebb átfedésük ezen atomok elektronfelhőivel érhető el. Az elektronfelhők ilyen deformációjához energiára van szükség. De a vegyértékelektronfelhők teljesebb átfedése erősebb kémiai kötés kialakulásához, következésképpen további energianövekedéshez vezet. Ha ez az energianövekedés elegendő a kezdeti atomi elektronfelhők deformációjának energiaköltségeinek kompenzálására, az ilyen hibridizáció végső soron a keletkező molekula potenciális energiájának csökkenéséhez, következésképpen stabilitásának növekedéséhez vezet. .
Tekintsük a hibridizációra példaként a berillium-fluorid molekula kialakulását. Ebben a molekulában minden fluoratom egy párosítatlan elektronnal rendelkezik.
amely a kovalens kötés kialakításában vesz részt. A gerjesztetlen állapotban lévő berillium atomnak nincsenek párosítatlan elektronjai:
Ezért a kémiai kötések kialakításában való részvételhez a berillium atomnak gerjesztett állapotba kell kerülnie:
Az így létrejövő gerjesztett atomnak két nem párosított elektronja van: az egyik elektronfelhője az állapotnak felel meg, a másik -. Ha ezek az elektronfelhők átfedésben vannak két fluoratomból álló p-elektronfelhőkkel, kovalens kötések jöhetnek létre (38. ábra).
Azonban, mint már említettük, némi energia ráfordításával a berillium atom kezdeti s- és p-pályája helyett két ekvivalens hibridpálya (-pálya) alakítható ki. Ezen pályák alakja és elhelyezkedése az 1. ábrán látható. 39. ábra, amelyből látható, hogy a hibrid β-pályák ellentétes irányban megnyúltak.
A berillium atom hibrid -elektronfelhőinek átfedését a fluoratomok p-elektronfelhőivel az 1. ábra mutatja. 40.
Rizs. 38. Fluoratomok átfedő elektronfelhői berillium atommal és -elektronfelhőivel (minden kötésre külön-külön) Az átfedő elektronfelhők területei árnyékolva vannak.
Rizs. 39. Berillium atom hibrid -elektronfelhőinek alakja (sematikus ábrázolása) és kölcsönös elrendezése (minden hibrid pályára külön).
Rizs. 40. Kémiai kötések kialakulásának vázlata molekulában. Az ábra egyszerűsítése érdekében a berillium atom hibrid -elektronfelhőit hiányosan mutatjuk be.
A hibrid pályák megnyúlt alakja miatt a kölcsönhatásban lévő elektronfelhők teljesebb átfedése érhető el, ami azt jelenti, hogy erősebb kémiai kötések jönnek létre. Az e kötések kialakulása során felszabaduló energia nagyobb, mint a berillium atom gerjesztéséhez és atomi pályáinak hibridizációjához szükséges teljes energiafelhasználás. Ezért a molekulaképződés folyamata energetikailag kedvező.
Az egy s- és egy p-pálya hibridizációjának vizsgált esetét, amely két -pálya kialakulásához vezet, -hibridizációnak nevezzük. ábrán látható módon. A 39. ábrán a -pályák ellentétes irányúak, ami a molekula lineáris szerkezetéhez vezet. Valójában a molekula lineáris, és ebben a molekulában mindkét kötés minden tekintetben egyenértékű.
Az atompályák hibridizációjának más esetei is lehetségesek, de a kialakult hibridpályák száma mindig megegyezik a hibridizációban részt vevő kezdeti atompályák teljes számával. Tehát egy s- és két p-pálya hibridizációja során (-hibridizáció - "es-pe-two") három egyenértékű -pálya jön létre. Ebben az esetben a hibrid elektronfelhők egy síkban fekvő irányokba rendeződnek és 120°-os szöget zárnak be egymással (41. ábra). Nyilvánvaló, hogy ez a típusú hibridizáció egy lapos háromszög alakú molekula kialakulásának felel meg.
Példa egy olyan molekulára, amelyben -hibridizáció történik, a bór-fluorid molekula. Itt a gerjesztett bóratom eredeti egy s- és két p-pályája helyett
három egyenértékű -pálya keletkezik. Ezért a molekula szabályos háromszög alakjában épül fel, amelynek középpontjában egy bóratom, a csúcsain pedig fluoratomok találhatók. Egy molekulában mindhárom kötés egyenlő.
Ha egy s- és három p-pálya (-hibridizáció) vesz részt a hibridizációban, akkor ennek eredményeként négy hibrid-pálya jön létre, amelyek a tetraéder csúcsaihoz képest megnyúltak, azaz egymással szöget zárnak be (42. ábra). ). Az ilyen hibridizációt például gerjesztett szénatomban hajtják végre egy metánmolekula képződése során.
Rizs. 41. Hibrid -elektronfelhők kölcsönös elrendeződése.
Rizs. 42. Hibrid -elektronfelhők kölcsönös elrendezése.
Ezért a metánmolekula tetraéder alakú, és ebben a molekulában mind a négy kötés egyenértékű.
Térjünk vissza a vízmolekula szerkezetének vizsgálatához. Kialakulásakor az oxigénatompályák -hibridizációja következik be. Ezért van az, hogy a molekulában a HOH kötésszög nem közeli a tetraéderszöghez, hanem ahhoz. A szög és a 109,5° közötti csekély eltérés akkor érthető meg, ha figyelembe vesszük a vízmolekulában az oxigénatomot körülvevő elektronfelhők egyenlőtlen állapotát. Valóban, egy metán (I) molekulában
a szénatom hibrid -pályáit elfoglaló mind a nyolc elektron részt vesz a kovalens kötések kialakításában. Ez az elektronfelhők szimmetrikus eloszlását okozza a szénatom magjához képest. Eközben a molekulában az oxigénatom hibrid -pályáit elfoglaló nyolc elektronból csak négy alkot kötést, két elektronpár pedig megosztatlan marad, vagyis csak az oxigénatomhoz tartozik. Ez bizonyos aszimmetriához vezet az oxigénatomot körülvevő elektronfelhők eloszlásában, és ennek eredményeként a kötések közötti szög eltéréséhez vezet.
Az ammónia molekula kialakulásakor a központi atom (nitrogén) atomi pályái is előfordulnak. Ez az oka annak, hogy a kötési szög közel van a tetraéderhez. Az e szög és a 109,5° közötti csekély különbséget a vízmolekulához hasonlóan a nitrogénatom atommagja körüli elektronfelhők eloszlásának aszimmetriája magyarázza: négy elektronpárból három az N-H kötések kialakításában vesz részt, és az egyik megosztás nélkül marad.
ábrán látható módon. A 39., 41. és 42. ábrákon a hibrid elektronfelhők az atommaghoz képest elmozdulnak.
Ezért a hibrid pályán elhelyezkedő megosztatlan elektronpár elektromos töltésének középpontja nem esik egybe az atommag helyzetével, azaz az atomban lévő pozitív töltés középpontjával. A nem megosztott elektronpár töltésének ilyen eltolódása dipólusmomentum megjelenéséhez vezet, ami jelentősen hozzájárul a molekula teljes dipólusmomentumához. Ebből az következik, hogy egy molekula polaritása nemcsak az egyes kötések polaritásától és azok polaritásától függ. relatív pozíció(lásd 40. §), hanem a hibrid pályákon meg nem osztott elektronpárok jelenlétéről és e pályák térbeli elrendezéséről is.
A harmadik és az azt követő időszak elemei esetében a -pályák is részt vehetnek a hibrid elektronfelhők képződésében. Különösen fontos a -hibridizáció esete, amikor egy, három és két -pálya vesz részt a hibrid pályák kialakításában. Ebben az esetben hat egyenértékű hibrid pálya alakul ki, amelyek az oktaéder csúcsai felé irányulnak megnyúlva. A molekula, az ionok és sok más oktaéderes szerkezete a központi atom atomi pályáinak hibridizációjával magyarázható.
| Egyetlen (σ) | Dupla (σ+π) | Háromszoros (σ + π + π) |
| H–Cl | C=O C=C O=O | С≡С С≡N N≡N |
Hibridizáció
Ha egy atom ugyanazokkal a kötésekkel kapcsolódik más atomokhoz, de kialakulásukban pályák vesznek részt különböző típusú, akkor a HIBRIDIZÁLÁS módszerét alkalmazzuk.
Példa:A CH 4 molekula szabályos tetraéder alakú, amelyben mind a 4 kötés azonos hosszúságú, erősségű és azonos szöget zár be egymással.
A négyértékű szénatomnak azonban három p-pályája és egy s-pályája van. Energiájukban, formájukban különböznek és térben eltérően helyezkednek el.
A HIBRIDIZÁLÁS fogalmát a következők magyarázatára használják:
Négy atompályából 4 új keletkezik,
hibrid olyan pályák, amelyek a térben EGYMÁSTÓL A LEGNAGYOBB TÁVOLSÁGRA helyezkednek el. Ez egy szabályos tetraéder, a kötések közötti szögek 109° 29'.
Mivel egy s és három p-héj négy kötés kialakításában vesz részt, az ilyen típusú hibridizációt jelöljük. sp 3
A hibridizációban részt vevő pályák számától és típusától függően a következő hibridizációs típusokat különböztetjük meg:
1) sp hibridizáció. Van egy s-pálya és egy p-pálya. A molekula lineáris szerkezetű, a kötésszöge 180 0 .
2) sp 2 hibridizáció. Egy s-pálya és két p-pálya érintett. A molekula síkban helyezkedik el (a hibrid pályák végei egy egyenlő oldalú háromszög csúcsaira irányulnak), a kötési szög 120 0 .
3) sp 3 hibridizáció. Egy s-pálya és három p-pálya érintett. A molekula tetraéder alakú, a kötésszöge 109,28 0 .
Hogyan határozzuk meg a hibridizáció típusát?
1. A hibridizációban a szigma kötések és a LON-SHARE IONPÁROK vesznek részt.
2. A szigma kötések résztvevő pályáinak teljes száma + elektronpárok = a hibrid pályák száma és meghatározza a hibridizáció típusát.
Gyakorlat: határozza meg a foszgénmolekulában lévő szénatom hibridizációjának típusát.
O=C-Cl
1) a szén 2 egyszeres kötést (ezek szigma kötések) és egy kettős kötést (szigma + pi) alkot, ezeknek a kötéseknek a kialakításában mind a 4 szénelektron részt vesz.
2) így HÁROM SIGMA kötés vesz részt a hibridizációban. azt sp2- hibridizáció, a molekulának megvan a formája lapos háromszög. A pi kötés merőleges ennek a háromszögnek a síkjára.
