Валентность элементов в ковалентных соединениях. Гибридизация орбиталей. Направленность ковалентной связи. Пространственное строение молекул

Валентность элементов в ковалентных соединениях. Гибридизация орбиталей. Направленность ковалентной связи. Пространственное строение молекул

Характеристики ковалентной связи

• Насыщаемость – образование атомом определённого числа ковалентных связей, поскольку ограниченными являются валентные возможности атомов. Благодаря этому ковалентные соединения имеют строго определённый состав: CH 4 , N 2 , H 2 .

Характеристики ковалентной связи

• Поляризуемость ковалентной связи – способность молекул (и отдельных связей в них изменять свою полярность под действием внешнего электрического поля.

В результате поляризации неполярные молекулы могут стать полярными, а полярные молекулы – превратиться в ещё более полярные вплоть до полного разрыва отдельных связей с образованием ионов.

Характеристики ковалентной связи

• Направленность ковалентной связи – определяет пространственное строение молекул. Ковалентные связи направлены от одного атома к другому. Если взаимодействует 3 и более атомов, то между химическими связями возникает угол, который называют валентным. Величина валентных углов определяет геометрию молекулы.

При выяснении пространственного строения молекулы учитывают:

• форму орбиталей, принимающих участие в образовании химических связей;
• электростатическое взаимодействие электронных пар, которое приводит к отталкиванию электронных орбиталей, вследствие чего они занимают в пространстве наиболее удалённые друг от друга места.

Если в образовании связей принимают участие одновременно электроны s и p подуровней и если их энергии незначительно отличаются, то образуются гибридные облака.

Гибридизация - процесс выравнивания электронных облаков по форме и энергии

Основные положения теории гибридизации.

• Гибридизуются только орбитали центрального атома
• Степень гибридизации тем больше, чем ближе АО по энергии , и чем больше их геометрическое перекрывание (наибольшее перекрывание – с участием s-АО)
• Число гибридных орбиталей равно суммарному числу исходных орбиталей
• Гибридные орбитали более вытянуты в пространстве и обеспечивают более полное перекрывание с АО соседних атомов
• Гибридные орбитали участвуют в образовании только σ -связей
• Теория гибридизации объясняет направленность ковалентной связи и геометрическое строение молекул и кристаллов

Лайнус Полинг (американский ученый)

ГИБРИДИЗАЦИЯ - это смешение АО с разными (но близкими) энергетическими состояниями, вследствие которого возникает такое же число одинаковых по форме и энергии орбиталей, симметрично расположенных в пространстве

Если у атома в образовании химических связей участвуют разные по типу АО ( s-, p-, d- или f- ), то химические связи формируются электронами не «чистых», а «смешанных», или гибридных АО.

Перекрывание гибридных АО происходит в большей степени, чем негибридных орбиталей 

► химические связи прочнее

► молекула более устойчива

Гибридная орбиталь:

типы гибридизации АО и структура молекул

Линейная

Вал. угол

180 º

Плоский треугольник

Вал. угол

120 º

тетраэдр

Вал. угол

109 º 28 `

sp 2 -гибридизация

=

+

+

10

Молекула ВеС l 2

С l …3 s 2 3 р 5

Ве…2 s 2 2р 0

Ве * 2 s 1 2 p 1

С l …3 s 2 3 р 5

Cl Be Cl

sp -гибридизация АО Ве ,  180 º 

пространственная структура молекулы  линейная

∆ ЭО =3-1.5  0   св  0  связь полярная

Cl  Be  Cl

 мол =   св = 0  молекула неполярная

Молекула ВН 3

В…2 s 2 2p 1

В  …2 s 1 2p 2 2 s 1 2 p 2

H 1 s H 1 s H 1 s

sp 2 – гибридизация АО бора

3  - связи ,  120  ,

структура молекулы - плоский треугольник

 ЭО = 2.1-2.0  0   св  0  связь полярная

 мол =  св = 0  молекула ВН 3 - неполярная

Аналогично для BCl 3 , но BFCl 2 – полярная молекула

sp 3 - гибридизация

+

+

=

+

13

Молекула SnCl 4

Sn…5s 2 5p 2

Sn  …5s 1 5p 3 5 s 1 5 p 3 Cl 3 s 2 3 p 5

Sn 

Cl 3 s 2 3 p 5 Cl 3 s 2 3 p 5 Cl 3 s 2 3 p 5

1 s - АО и 3 р- АО  sp 3 - гибридизация АО олова

структура молекулы  тетраэдр ,  109 º 30 `

 ЭО=3.0-1.8  0   св  0  связь полярная

 мол. =  св = 0 - молекула SnCl 4 неполярная

Аналогично для С Cl 4 , но С FCl 3 – полярная молекула

Таблица валентных углов

Молекула

Валентный

угол, º

H 2 O

104,5

H 2 S

Молекула

H 2 Se

92,1

NH 3

Валентный

угол, º

107,3

90,9

PH 3

H 2 Te

93,6

AsH 3

89,5

92,1

SbH 3

91,7

С участием s, p и d-АО известно 11 типов гибридизации. Чаще встречается 4 типа: sp, sp 2 , sp 3 , sp 3 d 2

Определение типа гибридизации на примере молекулы метана.

1.Написать полную структурную формулу вещества.

2.Подсчитать число электронов, предоставляемые центральным атомом.

3.Подсчитать число электронов, предоставляемые соседними атомами.

4.Подсчитать число электронов, приходящихся на пи -связь.

0

5.Полученный результат разделить на два.

-

4

+

4

0

--------------

2

расположение тетраэдр

6.Если 4 –

расположение плоское тригональное

Если 3 -

расположение линейное

Если 2-

Пространственное строение BF 3 .

Пространственное строение BeCl 2 .

Пространственное строение молекулы аммиака.

Пространственное строение молекулы воды.

Зависимость формы молекулы от наличия неподеленных электронных пар

109 ° 28 ’

10 7 °3’

10 4 °5’

1 80 °

Геометрические конфигурации молекул

Тип гибридизации

Число гибридных орбиталей

sp 3

Число неподеленных электронных пар

4

0

Тип молекулы

1

AB 4 , алканы

sp 2

Валентный угол

109 ° 28 ’

3

: AB 3

sp

2

Пространственная конфигурация

107 ° 3 ’

2

: AB 2

. .

0

Примеры

Тетраэдр

0

AB 3 , алкены

104 ° 5 ’

Тригональная пирамида

CH 4 , CCl 4 , SiH 4 , NH 4 + , С (алмаз)

AB 2 , алкины

120 °

Угловая

NH 3 , SO 3 2- , NF 3

180 °

H 2 O, XeO 2

Плоская треугольная

C 2 H 4 , BCl 3 , AlF 3 , C 6 H 6 , O 3 , C (графит)

Линейная

C 2 H 2 , BeCl 2 , CO 2 , C (карбин)

Вопросы для закрепления

Даны формулы веществ:

а) C 2 H 4 ; г) Н 2 О ; ж) С (алмаз); к) C 2 H 2 ;

б) CH 4 ; д) BCl 3 ; з) C ( карбин ) ; л) C 6 H 6 ;

в) BeH 2 ; е) NH 3 ; и) С (графит); м) SiCl 4 .

1. Выберите формулы веществ, имеющих направленность связей, обусловленную

sp 3 - гибридизацией

sp 2 - гибридизацией

4. Определите, молекулы каких веществ изображены

А)

Б)

В)

Г)

Выберите правильный ответ .

• 1 . Тип гибридизации электронных облаков в молекуле CF 4
• 1) sp-;
• 2) sp²-;
• 3) sp³-;
• 4) spd-.

• 2 . Тип гибридизации электронных облаков в молекуле СO 2
• 1) sp-;
• 2) sp²-;
• 3) sp³-;
• 4) spd-.

• 1. Тип гибридизации электронных облаков в молекуле СаCl 2:
• 1) sp-;
• 2) sp²-;
• 3) sp³-;
• 4) spd-.

• 2. Тип гибридизации электронных облаков в молекуле ВСl 3:
• 1) sp-;
• 2) sp²-;
• 3) sp³-;
• 4) spd.

Выберите правильный ответ

• 1. Тип гибридизации электронных облаков в молекуле СCl 4
• 1) sp-;
• 2) sp²-;
• 3) sp³-;
• 4) spd-.

• 2. Тип гибридизации электронных облаков в молекуле ВеJ 2
• 1) sp-;
• 2) sp²-;
• 3) sp³-;
• 4) spd-.

Выберите правильный ответ

• 1. Тип гибридизации электронных облаков в молекуле GeCl 4
• 1) sp-;
• 2) sp²-;
• 3) sp³-;
• 4) spd-.

• 2. Тип гибридизации электронных облаков в молекуле SiCl 4
• 1) sp-;
• 2) sp²-;
• 3) sp³-;
• 4) spd-.