sp3 - гибридизация

в этом видео мы с вами рассмотрим sp3 гибридизацию в молекулах метана и этана его формула cs4 и молекула устроена следующим образом 1 атом углерода у него 4 валентных электрона которые связываются с четырьмя атомами водорода у каждого из которых по одному валентному электрону вот так выглядит точечная структура льюиса иногда я схематически изображают вот таким образом атом углерода и четыре связи с четырьмя атомами водорода сметане все эти связи с точки зрения длины энергии и прочих параметров совершенно эквивалентны значит и все четыре валентных электрона атома углерода также должны быть эквивалентными давайте вспомним электронную конфигурацию атома углерода 1 из 2 то есть два электрона на орбитали 1s 2 из 2 то есть два электрона на орбитали из 2 и наконец 252 электронная конфигурация будет выглядеть примерно вот так если рассматривать в четыре валентных электрона на схеме молекулы то это будут вот эти 4 электрона с внешней оболочки но тогда получается что углерод сможет образовать только две связи поскольку у него только два непарных электрона остальные электроны находятся на других энергетических уровнях на схема молекулы и наблюдения ученых показывают что в реальности поведение углерода не соответствует его электронной конфигурацией и для объяснения этого расхождения лайнус полинг выдвинул теорию гибридизации одна из идей гибридизации заключается в том что один электрон переходит с орбиталей 2 с на орбиталь 2p давайте я изображу этот процесс электрон перешел на орбиталь 2п и оказался в возбужденном состоянии теперь атом углерода может образовывать четыре связи хотя энергия у этих электронов разная и тогда лайнус полинг предположил что электрон s-орбитали 2 с может получить дополнительную энергию электроны с орбиталей 2п могут понизить свою энергию и тогда энергия орбиталей 2s и 2p станут одинаковыми поэтому на каждой орбитали теперь находится по одному электрону и эти орбитали стали гибридными 1 орбиталь нельзя больше считать s-орбиталью это теперь sp 3 гибридные орбитали далее аналогично дальше у нас не p-орбитали sp 3 гибридные орбитали суть этого процесса в том что берется s-орбитали и p-орбитали вместе они образуют совершенно новые гибридные орбитали и поскольку здесь у нас образуется гибриды от одной s-орбитали и 3 p-орбиталей то получившаяся в итоге орбиталь называется sp3 гибридной процесс sp3 гибридизацией в результате мы создали четыре новые гибридные орбитали и у нас получилось ровно то что мы и искали 4 непарных электрона а значит атом углерода теперь может образовать 4 связи с одинаковой энергией вот в чем заключается идея гибридизацией теперь давайте представим какая форма будет у этой новые орбитали мы знаем что s-орбиталь имеет форму сферы в гибридизацию нас участвует одна такая орбиталь p-орбиталь имеет форму восьмерки в гибридизации участвуют три такие орбитали и в результате получаются четыре орбитали промежуточной формы это будет восьмеркой у которой одна петля будет большой 2 маленькой итак у нас образуется 4 sp 3 гибридные орбитали и на каждый из них будет находиться по одному электрону новые гибридные орбитали будут на 25 процентов с орбиталями и на 75 процентов p-орбиталями повторюсь потому что у нас образовался гибрид из одной s-орбитали и 3 p-орбиталей а теперь давайте вернёмся к метану и попробуем изобразить как выглядит эта молекула мы знаем что углерод в ней находится в состоянии sp3 гибридизации и так вот это у нас атом углерода и у него есть три sp3 гибридных орбиталей когда такие орбитали изображают на иллюстрациях маленькую петлю обычно игнорируют чтобы не путаться и так вот у атома углерода 1 sp3 гибридная орбиталь еще одна sp3 гибридная орбиталь вот третье и наконец последняя sp3 гибридная орбиталь дальше мы должны показать что на каждое из этих орбиталей находится по одному валентному электрону давайте подрисуем по одному валентному электрону на каждой орбитали если говорить о молекуле метана то в ней углерод связан с четырьмя атомами водорода у каждого атома водорода есть по одной обычной негибридные s-орбитали на каждой из которых есть по одному не парному электрону добавим их голубым цветом вот у нас 1 негибридная s-орбиталь и еще одна не гибридная s-орбиталь на каждой из этих орбиталей есть по одному валентному электрону их тоже отметим и так вот еще одна орбиталь еще одна вот так выглядит молекула метана голубые кружки это атомы водорода а теперь подумаем какая связь образовалась между атомами здесь пересеклись 2 орбитали sp3 гибридная орбиталь атома углерода и обычная s-орбиталь атома водорода они пересекаются вдоль осевой линии симметрии такая связь в химии называется сигма-связью в молекуле метана сигма-связь встречается еще три раза вот здесь здесь и здесь сигма-связи далее рассмотрим молекулу этана формула этана c2 h6 в ней два атома углерода и шесть атомов водорода схематичная эта молекула изображается вот так когда мы рассматривали молекулу метана то видели что в ней атом углерода находится в sp3 гибридизирован нам состояние если вернуться к предыдущему рисунку то вот этот атом углерода соединен четырьмя одинарными связями с водородом и находится в sp3 гибридизирован нам состояние с это на мы можем рассуждать аналогичным образом каждый атом углерода имеет 4 одинарные связи а значит каждый из атомов углерода находится в sp3 гибридизирован нам состояние попробуем изобразить их орбитали если каждый атом углерода находится в sp3 гибридизирован нам состояние то это значит что у него есть четыре sp3 гибридных орбиталей изобразим один атом углерода опять же мы опускаем меньшую петлю гибридных орбиталей вот это у нас углерод с четырьмя sp3 гибридными орбиталями и у нас есть еще один такой же углерод с четырьмя sp3 гибридными орбиталями изобразим их аналогичным образом далее отметим электроны на этой орбитали один электрон здесь один вот здесь тоже будет 1 электрон дальше один электрон от левого углерода и один от правого и у правого а там а также здесь один электрон на орбитали здесь будет тоже 1 и на последней орбитали также будет один электрон теперь отметим с десятыми водорода у каждого атома водорода одна обычная s-орбиталь с одним валентным электроном изображу их вот так добавим оставшиеся атомы водорода как я уже сказал сигма-связь эта связь орбиталей вдоль осевой линии 2 атома углерода у нас оказываются связанными сигма-связью и аналогично сигма-связь соединяет каждый из атомов углерода с водородом если посчитать связи то получится что в молекуле этана 7 сигма-связей эти же связи можно пересчитать и на схеме молекулы 1 2 3 4 5 6 7 сигма-связей теперь давайте рассмотрим связь между двумя атомами углерода это у нас сигма-связь они связаны вдоль осевой линии значит атома углерода могут вращаться вдоль оси относительно друг друга образуя разные структуры молекулу этана об этом я расскажу в следующих видео и так это мы могут свободно вращаться вдоль осей сигма-связей давайте запишем это очень важный момент свободное вращение вокруг оси сигма-связей и последнее о чем я хочу рассказать это длина связи между двумя атомами углерода в молекуле этана ее длина приблизительно равна одной целой 54 целым ангстрема 1 ангстрем равен нулю целым одной десятой нанометра в разных учебниках могут приводиться немного разные значения но в среднем длина этой связи примерно такая это число пригодится нам когда мы будем сравнивать длину этой связи между двумя атомами углерода с другими связями в других молекулах но об этом мы поговорим подробно в следующих видео 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