Гибридные функции атома углерода

Представим себе, что атом углерода находится в центре куба. Тогда 1 = ф + Фа + "Фз характеризует восьмерку, направленную к одной из вершин куба. Действительно, сумма векторов, направленных вдоль осей, отвечает направлению диагонали куба. Сумма яр] и ( 1)5-функция з-злектрона), представляет собой электронный тяж — одну из четырех гибридных атомных орбит [c.478]

Характеристика элемента. Атом углерода имеет 6 электронов ls 2s 2p . Последние два электрона располагаются на отдельных р-орбиталях и являются неспаренными. В принципе, эта пара могла бы занимать одну орбиталь, но в таком случае сильно возрастает межэлектронное отталкивание. По этой причине один из них занимает 2рх-, а другой либо 2ру, либо 2рг-орбиталь. Электронная конфигурация з 25 2рх 2ру 2р2°. Различие энергии 5- и р-подуровней внешнего слоя невелико, поэтому атом довольно легко переходит в возбужденное состояние, при котором один из двух электронов с 25-орбитали переходит на свободную 2р. Возникает валентное состояние, имеющее конфигурацию 1з 2з 2рх 2ру 2р2 Именно такое состояние атома углерода характерно для решетки алмаза. Тетраэдрическое пространственное расположение, одинаковая длина я энергия связей объясняются возникновением четырех равнозначных функций д в результате взаимного наложения 5- и р -функций. Это явление, как известно, называют 5рз-гибридизацией, а возникающие функции — рЗ-гибридными (рис. 62, а). Если принять прочность связи, возникающей в результате объединения з-элект-ронных пар, за единицу, то прочность р-связи оказывается равной уз, а 5р -гибридной связи 2. Таким образом, образование четырех 5рЗ-связей обеспечивает атому углерода более устойчивое состояние, чем три р — р- и одна 5 — -связи. Помимо р -гибридиза-ции у атома углерода наблюдается также зр - и р-гибридизация (рис. 62,6, в). В первом случае возникает взаимное наложение [c.212]

Подобные комбинации гибридные функции) можно было бы затем использовать для описания связей, что (как будет видно в дальнейшем) позволяет объяснить увеличение валентных углов в молекулах NN3 и Н2О, четырехвалентное состояние углерода и многие другие аналогичные факты. Конечно, на самом деле в реальных атомах, таких, как атомы углерода, азота и кислорода, энергии 5- и р-состояний не совпадают и образование гибридных функций сопровождается изменением энергии. Так, для образования четырех равноценных связей атом углерода должен из основного состояния 2з 2р перейти в валентное состояние te te te te, где /е ... 1е — четыре тетраэдрические 5р -орбитали (см. ниже), что сопровождается затратой энергии 160 ккал/моль. [c.58]

Существует еще одна возможность использования симметрии конкретной задачи для оцределения орбиталей со специфическими пространственными свойствами — так называемых гибридных орбиталей. На основе концепции орбитальной гибридизации Полинг [13], показал, что существует возможность построения таких линейных комбинаций атомных волновых функций водородоподобного типа, которые полностью эквивалентны орбиталям, ориентированным в различных направлениях. Например, при описании химической связи в молекуле метана при помощи орбиталей, локализованных на связях С—Н, необходимо предположить, что четыре эквивалентные орбитали направлены от атома углерода к верщинам правильного тетраэдра, в которых находятся атомы водорода. Общий способ построения гибридных орбиталей на основе использования теории групп сформулировал Кимбалл [14]. Поясним этот способ на примере, когда атом поставляет на образование молекулы шесть эквивалентных орбиталей. С такой ситуацией мы встречаемся при интерпретации свойств комплексных соединений. [c.144]

Каждый атом кислорода "в этом ионе образует две гибридные sp-функции. Одна из них используется в а-связи с атомом углерода, который сам находится в состоянии гибридизации sp . Другая гибридная sp-орбиталь не участвует в связи и занята одной из двух неподеленных пар электронов атома кислорода. Вторая его неподеленная пара занимает ту р-орбиталь, которая лежит в плоскости молекулы. Из оставшихся трех р-орбиталей трех атомов О карбонат-иона, перпендикулярных плоскости молекулы, две также [c.72]

Поскольку один из двух i/ -электронов атома кобальта может перейти к атому азота, то наряду с валентной. структурой (рис. 6.3, а) возможна структура б с двойной связью между атомами углерода и кобальта (отметим, что в образовании дополнительной связи принимает участие лишь та -функция, которая ле участвует в образовании гибридных хр - -орбиталей). [c.78]

В валентной оболочке атома углерода имеются четыре орбиты. Это 25- и три 2/>-орбиты с прочностью 1 и 1,732. Но они не являются теми орбитами, которые используются, когда атом образует связи (они специально приспособлены для описания свободного атома). Если бы квантовая теория разрабатывалась не спектроскопистами, а химиками, то, возможно, что вместо 5- и р-орбит фундаме -тальную роль играли бы описанные ниже тетраэдрические орбиты. Вообще волновая функция для системы может быть построена путем сложения разных функций. Волновой фун- кцией основного состояния будет та, при которой энергия системы минимальна (раздел 3). Энергия системы, состоящей из атома углерода и четырех присоединенных атомов, будет минимальной в том случае, когда энергия связи имеет нан-большое значение. Оказалось, что связывающая орбита, образованная линейной комбинацией 5- и р-орбит, взятых с определенными числовыми коэфициентами, имеет большую прочность связи чем 5- или р-орбита в отдельности. Прочность наилучшей гибридной 5 — р-орбиты составляет 2. Зависимость этой орбиты от углов изображена на рис. 18. Как видно, орбита сильно сконцентрирована в направлении связи (т. е. в направлении оси, по которой она обладает симметрией вращения). Легко понять, что эта орбита будет сильно перекрываться с орбитой другого атома и будет образовывать очень прочную связь. [c.88]

Теперь становится понятной четырехвалентность углерода, например, в парафинах. Если АО каждого атома углерода гибриди-зована тетраэдрически, то каждая связь С—Н будет образована перекрыванием одной из гибридных АО с орбиталью атома водорода, лежашего в соответствующем направлении связь С—С образуется перекрыванием двух тетраэдрических гибридных АО, по одной от каждого атома углерода. Для наших целей не имеет значения, будем ли мы пользоваться волновыми функциями типа МО или ВС существо дела одно и то же в обоих случаях. Аналогичное описание пригодно и для решетки алмаза, в которой каждый атом углерода окружен четырьмя другими атомами углерода, находящимися в вершинах тетраэдра. Именно по этой причине расстояние между атомами углерода в алмазе, которое может быть измерено с очень большой точностью с помощью рентгеновских лучей, часто принимается за нормальную длину простой связи С—С. [c.216]

Можно сказать, что гибридные АО эквивалентны орбиталям атома. Например, предположим, что рассматривается атом углерода в 252р -конфигурацип с одинаковой ориентацией спипов всех электронов. Это состояние является одним из пяти возможных для терма и имеет волновую функцию [c.257]

Представим себе, что атом углерода находится в центре куба. Тогда % = 31 + Фа + Ф8 характеризует восьмерку, направленную к одной из. вершин куба. Действительно, сумма векторов, направленных вдоль.осей, отвечает направлению диагонали куба сумма фх и гр (ф8 — функция 5-электрона), представляет собой электронный тяж — одну из четырех гибридных атомйых орбит атома углерода. Подобное суммирование показывает, что такие электронные тяжи напр-авлены к четырем вершинам тетраэдра, поэтому такая линейная комбинация называется тетраэдрической гибридизацией. В метане используется такая же гибридизация для образования четырех а-связей с четырьмя атомами водорода. [c.466]

Гибридизация одной s- и трех р-орбиталей (sp -гибридизация), как уже указывалось, объясняет валентности углеродного атома. Образование sp -гибридных связей характерно также и для аналогов углерода — кремния и германия валентности этих элементов также имеют тетраэдрическую направленность. Может возникнуть вопрос — если гибридные орбитали обеспечивают большую концентрацию электронного облака между ядрами и, следовательно, более прочную связь, то почему они не возникают в НаО л NH3 На да шый вопрос следует ответить, что направленность связей в этих соединениях также можно объяснить sp -гибридизацией. Такой подход является даже более точным, чем изложенный на стр. 161 и 162. Не следует, однако, забывать, что оба подхода являются приближенными. При образовании молекулы HjO атом кислорода люжет приобретать конфигурацию наружного слоя где Ф2, Фз и — sp -гибридные волновые функции верхние индексы указывают количество электронов, занимающих данную орбиталь. Таким образом, две из четырех гибридных орбиталей атома кислорода заняты неспаренньши электронами и могут образовать химические связи угол между этими связями должен составлять 109,5°. Это значение ближе к экспериментальному (104,5°), чем величина 90°, даваемая схемой, рассмотренной на стр. 161. Однако если на стр. 161—162 пришлось объяснять отклонение теоретической величины от экспериментальной для молекулы HjO, то здесь нужно объяснить, почему углы между связями у аналогов воды HjS, HaSe и НаТе заметно отличаются от 109,5°. Это объясняется действием ряда факторов. В частности, в соединениях, содержащих большие атомы, связь слабая и выигрыш энергии в результате образования связи гибридными орбиталями не компенсирует некоторое возрастание энергии s-электронов, обусловленное их переходом на sp -гнбридные орбитали. Это препятствует гибридизации. Кроме того, как показали точные расчеты, при образовании связи Э—Н 25-орбитали кислорода (и азота) сильнее перекрываются с ls-орбиталями водорода, чем 2р-орбита-ли. Для аналогов кислорода, наоборот, сильнее перекрываются р-орбитали. Это обусловливает больший вклад s-состояний (гибридизацию) в образование химической связи в молекуле Н О, чем в ее аналогах. Поэтому валентные углы в H2S, HjSe и НаТе близки к 90°. [c.168]

Многое из только что разобранного близко к органической химии, а поэтому автор должен для компенсации рассмотреть более близкий к неорганической химии класс аминодиборанов. Соединения, о которых пойдет речь, получаются при замене углерода кремнием. Чтобы получить силиламинодибораны, исходят из четвертичных силиламинов, поскольку, по-видимому, первичные силиламины не существуют. Прежде всего мы нашли, что (51Нз)зЫ вообще не реагирует с дибораном здесь атом азота не способен делить свою собственную пару электронов с группой борина. Автор полагает, что причиной такого явления может быть притягивание электронов атома азота атомами кремния. Этого и следовало ожидать, так как в случае, когда атом типа кремния образует а-связи, имеются места с низкой электронной плотностью в направлении, где нет связи такие места можно описать как внешние орбиты, на которых могут находиться электроны. Мы вынуждены представить эти орбиты как гибридные, возникшие главным образом за счет З -волновой функции, которая имеет максимальные точки на линиях, делящих пополам четыре квадранта. Таким образом пара электронов азота может образовать систему и-связей с атомами кремния. Атом азота в таком случае находится в центре равностороннего треугольника, образованного этими атомами кремния [34]. [c.157]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология