ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
21 22
2.3. Валентные состояния атома углерода (sp
3
, sp
2
, sp)
и типы ковалентных связей (σ, π, π-π)
Атом углерода имеет s- и p-орбитали. Углерод в таблице
Д.И. Менделеева занимает шестой порядковый номер; квантовая
ячейка невозбужденного атома углерода в основном состоянии
имеет следующий вид:
1s
2s 1s
2
, 2s
2
, 2p
2
В органических соединениях атом углерода четырехвалентен
и находится в возбужденном состоянии, за исключением угарно-
го газа (СО). Квантовая ячейка возбужденного атома углерода
следующая:
1s
2s 1s
2
, 2s
2
, 2p
х
, 2р
у
, 2р
z
Переход атома углерода в возбужденное состояние возможен
в связи с тем, что, во-первых, 2s- и 2p-уровни близки между со-
бой энергетически, во-вторых, наиболее низкое энергетическое
состояние системы достигается при максимальном числе элек-
тронов с параллельными спинами. Таким образом, четырехва-
лентный атом углерода обладает на внешнем электронном слое
набором атомных орбиталей: 2s, 2p
x
, 2p
у
, 2p
z
.
Невозбужденное (а) и возбужденное (б) состояние атома уг-
лерода можно, таким образом, изобразить в виде следующей схе-
мы:
а б
Углерод в возбужденном состоянии должен образовать кова-
лентные связи с четырьмя другими атомами, например, с атомом
водорода. Три 2р-орбитали перекрываются достаточно хорошо с
1s-орбиталями трех атомов водорода. Перекрывание 2s-орбитали
1s-орбиталью четвертого атома водорода не будет достаточно
полным по пространственным условиям, следовательно, образу-
ются три прочные С-Н связи и одна слабая. Это противоречит
Н практике и, согласно квантово-механи-
2p и 1s ⋅ | ⋅ ческим расчетам, такая молекула обра-
2p и 1s Н÷С÷Н 2s и 1s зоваться не может. Все четыре связи
2p и 1s ⋅ | ⋅ должны быть равноценными.
Н
Для разрешения данной проблемы Л. Полинг сформулировал
два постулата: направленной валентности и гибридизации орби-
талей. Он предложил, что четыре валентные орбитали (2s, 2p
x
,
2p
у
, 2р
z
) гибридизуются и образуют четыре эквивалентные гиб-
ридные орбитали (sp
3
) и имеют форму вытянутого шара.
Рис. 7 – Модель sp
3
- гибридного состояния электронной оболочки
атома углерода
В образовании гибридной орбитали участвуют одна s- и три
р-орбитали. Sp
3
- гибридизация характерна для насыщенных со-
единений (углеводородов). Следует отметить, что распределение
электронной плотности sp
3
–орбиталей строго направлено и скон-
центрировано по одну сторону от ядра, что обеспечивает макси-
мальное перекрывание. Точка зрения Л. Полинга: так как кова-
лентные связи требуют взаимного перекрывания орбиталей, то
чем лучше это перекрывание, тем прочнее должна быть химиче-
ская связь. Метан СН
4
с четырьмя идентичными лигандами (Н)
около атома углерода представляет собой идеальный тетраэдр с
углом Н-С-Н, равный 109
0
5
/
, т.е. метан имеет тетраэдрическую
направленность (рис.8).
2.3. Валентные состояния атома углерода (sp3, sp2, sp) полным по пространственным условиям, следовательно, образу-
и типы ковалентных связей (σ, π, π-π) ются три прочные С-Н связи и одна слабая. Это противоречит
Н практике и, согласно квантово-механи-
Атом углерода имеет s- и p-орбитали. Углерод в таблице 2p и 1s ⋅ | ⋅ ческим расчетам, такая молекула обра-
Д.И. Менделеева занимает шестой порядковый номер; квантовая 2p и 1s Н÷С÷Н 2s и 1s зоваться не может. Все четыре связи
ячейка невозбужденного атома углерода в основном состоянии 2p и 1s ⋅ | ⋅ должны быть равноценными.
имеет следующий вид: Н
1s
Для разрешения данной проблемы Л. Полинг сформулировал
2s 1s2, 2s2, 2p2 два постулата: направленной валентности и гибридизации орби-
талей. Он предложил, что четыре валентные орбитали (2s, 2px,
В органических соединениях атом углерода четырехвалентен 2pу, 2рz) гибридизуются и образуют четыре эквивалентные гиб-
и находится в возбужденном состоянии, за исключением угарно- ридные орбитали (sp3) и имеют форму вытянутого шара.
го газа (СО). Квантовая ячейка возбужденного атома углерода
следующая:
1s
2s 1s2, 2s2, 2pх, 2ру, 2рz
Переход атома углерода в возбужденное состояние возможен
в связи с тем, что, во-первых, 2s- и 2p-уровни близки между со-
Рис. 7 – Модель sp3- гибридного состояния электронной оболочки
бой энергетически, во-вторых, наиболее низкое энергетическое
атома углерода
состояние системы достигается при максимальном числе элек-
тронов с параллельными спинами. Таким образом, четырехва- В образовании гибридной орбитали участвуют одна s- и три
лентный атом углерода обладает на внешнем электронном слое
р-орбитали. Sp3- гибридизация характерна для насыщенных со-
набором атомных орбиталей: 2s, 2px, 2pу, 2pz.
единений (углеводородов). Следует отметить, что распределение
Невозбужденное (а) и возбужденное (б) состояние атома уг-
электронной плотности sp3–орбиталей строго направлено и скон-
лерода можно, таким образом, изобразить в виде следующей схе- центрировано по одну сторону от ядра, что обеспечивает макси-
мы: мальное перекрывание. Точка зрения Л. Полинга: так как кова-
лентные связи требуют взаимного перекрывания орбиталей, то
чем лучше это перекрывание, тем прочнее должна быть химиче-
ская связь. Метан СН4 с четырьмя идентичными лигандами (Н)
а б
около атома углерода представляет собой идеальный тетраэдр с
Углерод в возбужденном состоянии должен образовать кова-
углом Н-С-Н, равный 10905/, т.е. метан имеет тетраэдрическую
лентные связи с четырьмя другими атомами, например, с атомом
направленность (рис.8).
водорода. Три 2р-орбитали перекрываются достаточно хорошо с
1s-орбиталями трех атомов водорода. Перекрывание 2s-орбитали
1s-орбиталью четвертого атома водорода не будет достаточно
21 22
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- …
- следующая ›
- последняя »
