9.23: Гібридні орбіталі - sp і sp²

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19193

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Як ви відкриваєте замкнуте коло?

Ромео і Джульєтта були двома найвідомішими вигаданими любителями всіх часів. Їхні обійми не дозволяли жодній іншій людині бути його частиною - вони хотіли лише бути один з одним. Знадобилося втручання ззовні, щоб відвести їх один від одного. Парні електрони схожі на Ромео і Джульєтту. Вони не зв'язуються ковалентно, поки не будуть непарними; тоді вони можуть стати частиною більшої хімічної структури.

sp гібридизація

За прогнозами VSEPR,\(\left( \ce{BeH_2} \right)\) молекула гідриду берилію буде лінійною. Атом берилію містить всі парні електрони і тому повинен також піддаватися гібридизації. Один з\(2s\) електронів спочатку просувається до порожньої\(2p_x\) орбіталі (див. Малюнок нижче).

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Просування\(\ce{Be}\)\(2s\) електрона. (Кредит: Joy Sheng; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

Зараз гібридизація відбувається тільки з зайнятими орбіталями, а в результаті виходить пара\(sp\) гібридних орбіталів. Дві інші\(p\) орбіталі (\(p_y\)і\(p_z\)) не гібридизуються і залишаються незайнятими (див. Малюнок нижче).

Малюнок\(\PageIndex{3}\):\(\ce{Be}\) гібридні орбіталі. (Кредит: Joy Sheng; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

Геометрія\(sp\) гібридних орбіталей лінійна, причому частки орбіталей спрямовані в протилежні сторони уздовж однієї осі, довільно визначені як\(x\) -вісь (див. Малюнок нижче). Кожен може зв'язуватися з\(1s\) орбіталлю з атома водню, утворюючи лінійну\(\ce{BeH_2}\) молекулу.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Процес\(sp\) гібридизації полягає в змішуванні\(s\) орбіти з єдиною\(p\) орбітою (\(p_x\)орбітальної за умовністю), щоб сформувати набір з двох\(sp\) гібридів. Дві частки\(sp\) гібридів вказують один навпроти одного, утворюючи лінійну молекулу. (Кредит: Джоді Так, використовуючи 3D-молекулу Бен Міллс (Користувач: Benjah-BMM27/Wikimedia Commons; Джерело: Фонд CK-12; 3D молекула: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beryllium-hydride-molecule-IR-3D-balls.png(opens в новому вікні); Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні) (3D молекула доступний під суспільним надбанням))

Інші молекули, геометрія електронного домену яких лінійна і для яких необхідна гібридизація, також утворюють\(sp\) гібридні орбіталі. Приклади включають\(\ce{CO_2}\) і\(\ce{C_2H_2}\), про які далі буде розказано далі.

sp² Гібридизація

\(\left( \ce{BF_3} \right)\)Прогнозується, що трифторид бору має тригональну планарну геометрію за допомогою VSEPR. Спочатку парний\(2s\) електрон просувається до порожньої\(2p_y\) орбіти (див. Малюнок нижче).

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Просування\(2s\) електрона. (Кредит: Joy Sheng; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

Далі слід гібридизація трьох займаних орбіталів з утворенням набору з трьох\(sp^2\) гібридів, залишаючи\(2p_z\) орбіту негібридизованою (див. Малюнок нижче).

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Формування\(sp^2\) орбіти. (Кредит: Joy Sheng; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

Геометрія\(sp^2\) гібридних орбіталей трикутна плоска, частки орбіталей спрямовані до кутів трикутника (див. Малюнок нижче). Кут між будь-якими двома гібридними орбітальними частками є\(120^\text{o}\). Кожен може зв'язуватися з\(2p\) орбіталлю з атома фтору, утворюючи тригональну планарну\(\ce{BF_3}\) молекулу.

Малюнок\(\PageIndex{7}\): Процес\(sp^2\) гібридизації полягає в змішуванні\(s\) орбіти з набором двох\(p\) орбіталей (\(p_x\)і\(p_y\)) з утворенням набору з трьох\(sp^2\) гібридних орбіталей. Кожна велика частка гібридної орбіти вказує на один кут плоского трикутника. (Кредит: Фонд CK-12 - Jodi So, використовуючи 3D молекулярну структуру Бен Міллс (Wikimedia: Benjah-BMM27); Джерело: 3D молекула: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boron-trifluoride-3D-balls.png(opens в новому вікні); Ліцензія: CC-BY-NC 3.0 (3D молекула доступна під суспільним надбанням))

Інші молекули з тригональною плоскою геометрією електронного домену утворюють\(sp^2\) гібридні орбіталі. Озон\(\left( \ce{O_3} \right)\) є прикладом молекули, геометрія електронного домену якої тригональна плоска, хоча наявність одинокої пари на центральному кисні робить молекулярну геометрію вигнутою. Гібридизація центрального\(\ce{O}\) атома озону є\(sp^2\).

Резюме

Парні електрони можуть бути гібридизовані, а потім брати участь в ковалентному зв'язку.

Рецензія

Чи містить атом берилію в основному стані якісь непарні електрони?
Чому один електрон 2s в Be отримати підвищення до орбітальної 2p?
Яка геометрія двох орбіталів sp?