1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Хімія
  3. Поняття гібридизації. Перший валентний стан атома вуглецю

Поняття гібридизації. Перший валентний стан атома вуглецю

При перевірці домашнього завдання вчитель акцентує увагу на будову зовнішнього електронного рівня атома вуглецю: які орбіталі і скільки їх складають цей рівень, розподіл електронів по орбіталях в основному і збудженому станах, форма s- і p-електронних хмар, взаємне розташування осей p-орбіталей. Учитель зазначає, що для атома вуглецю в органічних речовинах найбільш характерна валентність, що дорівнює чотирьом. Для цього при утворенні хімічних зв’язків атом повинен перейти в збуджений стан, при якому один з 2s-електронів переміщується на 2 / р-орбіталь. Як приклад розглядається молекула метану. Учні, як правило, легко відповідають на поставлені питання:

1. Скільки хімічних зв’язків в молекулі метану?

2. Який тип зв’язку С-Н?

3. До якого типу відносяться ці зв’язки (до ?- або ?-типом)?

4. За рахунок перекривання орбіталей якого типу відбувається утворення зв’язків вуглець-водень?

Відповідь хлопців на останнє запитання логічний: три зв’язку утворені за рахунок перекривання р-орбіталей вуглецю і 5-орбіталі атомів водню, четверта зв’язок – результат перекривання двох s-орбіталей. Учитель створює проблемну ситуацію. Очевидно, що в такому випадку одна з зв’язків С-Н відрізнятиметься від трьох інших: по енергії, довжині, спрямованості. Однак за допомогою сучасних методів дослідження доведено, що всі зв’язки в метані абсолютно рівноцінні! Чому? Для пояснення цього факту висунута гіпотеза, звана теорією гібридизації.

Виходячи з того, що всі зв’язки в метані рівноцінні, залишається припустити, що утворені вони однаковими орбиталями атома вуглецю. Але ж s- і р-хмари істотно відрізняються один від одного! Значить, у з’єднаннях у вуглецю вже немає орбіталей такої форми, вони усереднюються за формою і енергії. Таке явище і прийнято називати гибридизацией.

Учитель повинен підкреслити два моменти:

1) при гібридизації число орбіталей не змінюється, т. Е. З однієї s- і трьох p-орбіталей утворюється чотири нових;

2) на кожній з орбіталей нової форми залишається по одному неспарених електронів, за рахунок яких і утворюються чотири зв’язку С-Н.

До речі, про форму гібридних орбіталей. Вона нагадує гантель, але з різновеликими сферами. Точка між сферами з нульовою електронної щільністю збігається з центром ядра атома вуглецю.

Наступний важливий момент пояснення – просторове розташування осей гібридних орбіталей. До нього можна підійти з допомогою наступного завдання. Учитель просить хлопців розташувати два сірники так, щоб їх «хвостики» стикнулися, а головки були на максимальному видаленні один від одного (максимально відштовхнулися). Зробити це легко – сірники лежать на одній прямій. Те ж саме треба зробити з трьома сірниками, виходить фігурка, що нагадує товарний знак «мерседеса». Тепер чотири сірники. Найчастіше хлопці показують хрест. Тоді вчитель демонструє чотири повітряні кульки, скріплених за «хвостики». Перебуваючи у вільному польоті, вони максимально відштовхуються один від одного, маківки куль спрямовані до вершин тетраедра. Помилка хлопців була в тому, що вони мали сірники на площині, а не в тривимірному просторі. Оскільки на кожній з гібридних орбіталей знаходиться негативно заряджений електрон, вони прагнуть розташуватися в просторі найбільш вигідним чином, т. Е. На максимальному видаленні. При цьому кут між осями буде дорівнює 109 ° 28 ‘, а самі осі направлені до вершин тетраедра.

Залишилося присвоїти новим орбиталям символьне позначення. Кожна з них називається sp3-орбіталь, а відповідне валентний стан вуглецю – sp3-гібридизацією. Розшифрувати це позначення вчитель просить самих учнів.

ПОДІЛИТИСЯ: