sp²-гибридизация

в предыдущих видео мы узнали что когда атом углерода образует 4 связи тогда наблюдается так называемая sp3 гибридизация орбиталей в ней выстраиваются виде правильного тетраэдра в котором углы между связями равны приблизительно 100 9 с половиной градусов однако если посмотреть на атом углерода в молекуле этилена c 2 h 4 скажем вот на этот атом то мы не увидим в нем такой же структуры здесь конфигурация атома будет плоской более того вся молекула этилена лежит в плоскости и угол между связями примерно равен 120 градусам каждый атом углерода связан с тремя другими атомами с двумя атомами водорода и с одним атомом углерода это значит что в молекуле этилена мы наблюдаем другую гибридизацию и давайте начнем с того что рассмотрим электронную конфигурацию углерода в возбужденном состоянии у нас здесь 1 2 3 и 4 валентных электрона видео посвященном sp3 гибридизации все четыре электрона образовали sp 3 гибридные орбитали в данном случае углерод связан только с тремя атомами значит только три орбитали участвуют в образовании связей то есть 1s орбиталь и 2 p-орбитали вот одна и еще одна а значит одна p-орбиталь остаётся не гибридизован ой на каждой из этих четырех орбиталей у нас по одному электрону теперь вместо s-орбитали в нас sp2 гибридная орбиталь и вместо p-орбитали тоже будет sp2 гибридная орбиталь то же самое произойдет и со второй p-орбиталь you вместо нее появится еще одна sp2 гибридная орбиталь такой процесс называется sp2 гибридизации в нем участвует 1s орбитали 2 p-орбитали вместе они образуют три новые sp 2 гибридные орбитали таким образом вот этот атом углерода sp 2-гибридизирован точно так же как и этот атом углерода обратите внимание что одна p-орбиталь осталась нетронутой это не гибридизован а я p-орбиталь как выглядят такие гибридные орбитали берётся 1s орбиталь такие орбитали имеют сферическую форму и берутся еще 2 p-орбитали имеющие форму объемной восьмерки они объединяются и образуют три sp2 орбитали которые тоже имеют форму похожую на восьмёрку отличие лишь в том что одна петля будет чуть больше другой когда мы рисуем схему строения атомов то традиционно не изображай меньшую петлю и так давайте ответим на вопрос сколько процентов в новых гибридных орбиталях осталось от каждой из исходных в 3 гибридных орбиталях одна была s-орбиталью значит от s-орбитали в каждая из них осталось по тридцать три процента и 2 орбитали были p-орбиталями значит в каждую гибридную орбиталь перешло по 67 процентов поскольку электроны на s-орбиталях расположены ближе к ядру значит электроны и на из гибридных орбиталях будут чуть ближе к ядру чем электроны на p-орбиталях поэтому и эта петля будет меньше чем петля p-орбитали что скажется на длине образовывающийся связей давайте нарисуем как же выглядит молекула этилена мы знаем что каждый из этих двух атомов углерода находится в sp 2-гибридизирован am состоянии это значит что в нем будут три sp 2 гибридные орбитали и одна обычная p-орбиталь итак вот у нас атом углерода вот его 1 sp2 гибридная орбиталь вот вторая и третья на каждой из этих sp 2 гибридных орбиталей находится по одному электрону нарисуем их кроме того у каждого атома углерода будет по одной обычной p-орбитали с одним электроном давайте ее тоже нарисуем и на ней находится один электрон и так каждый атом углерода находится в sp 2-гибридизирован нам состояние я перерисую схему молекула этилена чтобы не сдвигать каждый раз экран теперь изобразим второй атом углерода он также находится в sp 2-гибридизирован нам состояние добавим ему 1 sp2 гибридную орбиталь на ней находится один электрон вот еще одна тоже с одним электроном еще одна такая же у этого гибридизован ого атома углерода также осталась одна обычная p-орбиталь с одним электроном кроме того в этой молекуле есть атомы водорода каждый атом углерода образует связь с двумя атомами водорода у атомов водорода есть по одному валентному электрону на обычные s-орбитали подрисуем связанные с углеродом атомы водорода у каждого из которых есть по одному электрону на s-орбитали взглянув на получившуюся картину мы видим что орбитали перекрывают друг друга по осевой линии и как мы помним из прошлых видео такие соединения называются сигма связями выделю красным цветом перекрытие орбиталей это у нас сигма-связь два атома углерода также соединяются друг с другом при помощи сигма-связей и вот еще 2 сигма-связи и того в этой молекуле 5 сигма-связей все связи углерода с водородом и одна связь между двумя углеродами это сигма-связи и здесь мы сталкиваемся с еще одним видом связи вот эти две не гибридизован ее p-орбитали перекрываются по обе стороны от линии соединения атомов вот здесь вверху и внизу в отличие от сигма-связи которая образуется за счет перекрывания с орбиталей по осевой линии соединяющей ядра атомов и связи возникают при перекрывание p-орбиталей по обе стороны от линии соединения атомов то есть связь двойная она называется пи-связью в нашем случае p-орбитали пересекаются выше и ниже сигма-связи и такая связь предотвращает свободное вращение например в молекуле этана c 26 2 атома углерода могут свободно вращаться относительно друг друга но в молекуле этилена вращения невозможно из-за вот этой пи-связи поэтому в природе встречается только одна пространственная конформация молекула этилена пи-связь исключает свободное вращение на схеме пи-связь будет вот здесь в двойной связи между атомами одна из них это сигма-связь 2 пи-связь таким образом в молекуле этилена 1 пи-связь в молекуле этилена расстояние между двумя атомами углерода примерно равно одной целой 30 400 man extreme а она меньше чем расстояние между двумя атомами углерода в молекуле этана одна целая 54 сотых ангстрема таким образом двойная связь короче одинарной это связано с большим влиянием s-орбитали s орбиталь находится ближе к ядру чем p-орбиталь поэтому петля в sp 2 гибридные орбитали меньше значит меньшее расстояние между атомами углерода давайте проанализируем молекулу этилена с точки зрения стерического числа я снова перерисую схему два атома углерода и четыре атома водорода стерическое число это количество сигма-связей плюс количество неподелённых электронных пар если бы я хотел найти стерическое число для вот этого атома углерода в эти лень и тогда мне пришлось бы сначала посчитать количество его сигма-связей вот одна из сигма-связей вот вторая и мы знаем что в двойной связи есть пи-связь значит 2 это сигма-связь таким образом у этого атома углерода 3 сигма-связи и нет неподеленных электронных пар а значит стерическое число равно 3 + 0 это три следовательно у этого атома будут 3 гибридные орбитали как мы уже знаем в случае sp2 гибридизации возникает как раз 3 гибридные орбитали они складываются из одной s-орбитали и 2 p-орбиталей вот этот атом углерода sp 2-гибридизирован и разумеется второй атом углерода здесь тоже sp 2-гибридизирован давайте рассмотрим ещё один пример рассмотрим молекулу трифторида бора бар в тор 3 схема этой молекулы выглядит следующим образом 1 атом бора окружён тремя атомами фтора и каждый атом фтора окружена катетом электронов то есть восемью электронами и нас просят узнать гибридное состояние атома бора для этого нужно найти его стерическое число стерическое число это сумма сигма-связей их здесь три 1 2 3 + неподеленные электронные пары таких здесь нет таким образом стерическое число указывает на то что атом бора в этой молекуле также sp 2-гибридизирован у него есть три sp 2 гибридные орбитали и 1 не гибридизован а я p-орбиталь давайте попробуем изобразить эту молекулу это атом бора он связан с тремя атомами фтора и у него есть еще одна обычная p-орбиталь для сравнения атом углерода имеет изначально четыре валентных электрона и после образования связей при sp2 гибридизации у него остается еще один валентный электрон убора валентных электронов изначально всего 3 то есть если образуется sp 2 гибридные орбитали остается еще одна p-орбиталь и так как убора всего три валентных электрона и каждый будет располагаться на соответствующий sp 2 гибридные орбитали тогда получается что для оставшейся не гибридизован ой p-орбитали у него электронов нет а значит на вот этой иллюстрации p орбиталь пустая то есть бор может принять еще одну электронную пару то есть проявлять в реакциях свойства кислоты зная как гибридизован и орбитали атома мы можем представить структуру этой молекулы предсказать ее поведение в реакциях а также представить себе ее геометрию поскольку атом бора в этой молекуле sp 2-гибридизирован то молекула представляет собой плоский треугольник а значит угол между связями в нем 120 градусов окружность это 360 градусов одна треть от неё это 120 градусов следующем видео мы с вами рассмотрим sp-гибридизацию спасибо что подписывайтесь на наш канал нам очень важно знать ваше мнение если у вас возникают вопросы касательно данного видеоролика то не стесняйтесь задавать их в комментариях мы с удовольствием на них ответим