PrintWyklad_18_ czasteczki wielo

wieloatomowe - hybrydyzacja

Czy w oparciu o koncepcję

orbitali molekularnych

można wytłumaczyć

budowę cząsteczek?

Koncepcja

OA OA OC OA hyb OA OA hyb OA hyb OC OA – orbitale atomowe

OA hyb – orbitale atomowe zhybrydyzowan OM – orbitale molekularne

Fakty doświadczalne

153 n-C₆H₁₄ C-C 154 CH₃CH(OH)CH₃ C-C 154 C₃H₈ C-C 155 C2H5OH C-C 154 C₂H₆ C-C 154 diament C-C 96 HCOOH O-H 96 CH₃OH O-H 97 H₂O₂ O-H 96 H₂O O-H 97 OH -O-H Długość wiązania [pm] Cząsteczka Wiązanie

Fakty doświadczalne

z

Jak wyjaśnić kątową

budowę cząsteczki

wody?

z

Jak wyjaśnić strukturę

diamentu?

H O 2δ− δ+ δ+ 105° H 10_229 Diamond (a) 109.5o

‰

Co to jest hybrydyzacja?

‰

Jakie są rodzaje hybrydyzacji?

‰

Jak w oparciu o hybrydyzację wyjaśnić

strukturę molekuł?

Hybrydyzacja

z y z x y x x y z y x sp3 sp3 sp3 sp3 Hybridization gives a tetrahedral arrangement s py p_x pz x y z z y x y z x y z z x

sp

3

2p

2s

hybrydyzacja

sp

3

Hybrydyzacja

sp

3 Węgiel C

Hybrydyzacja

sp

3 H H H H sp3 sp3 sp3

C

Wizualizacja cząsteczek Czasteczka_hybryd_sp3.MOV

C

H

H

H

H

C

H

H

H

H

Hybrydyzacja

Obital sp3

Hybrydyzacja

C sp3 sp3 sp3 sp3 H1s H1s H1s H_1s

sp

3 Metan CH₄

H H H H

C

H

H

H

H

Hybrydyzacja

sp

3 Metan CH₄ 09_162 sp3 sp3 H1s H_1s H_1s lone pair N sp3 sp3

Hybrydyzacja

sp

3 Amoniak NH₃

Hybrydyzacja

CH

4

NH

3

H

2

O

tetraedr 109o silniejsze odpychanie słabsze odpychanie kąt ↑ kąt ↓ piramida trygonalna 107o kątowa 105o

Alkany

Hybrydyzacja

sp

3

Węglowodory nasycone

n-alkany = łańcuchy „proste”

n-oktan izomeria łańcuchowa izooktan sp3 109°28’ 109°28’ sp3 109°28’ 109°28’

22_500 Boat These two H atoms repel each other Chair

Hybrydyzacja

sp

3

Węglowodory nasycone cykliczne

Cykloheksan - konformacje

Hybrydyzacja

sp

3 Etan C₂H₆ 22_502 H H H H H H C C

Hybrydyzacja

„płaszczyzna wiązania” konformery 1,2-dichloretanu Rotacja He 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 0.5 1 1.5 2 2.5 3 rotacja en e rg ia p o ten cj al n a 3 kcal/mol

Hybrydyzacja

sp

3 Rotacja

Hybrydyzacja

sp

2

hybrydyzacja

2p 2s sp2

Hybrydyzacja

sp

2 09_165

sp

2

_orbital

p orbital

sp

2

_orbital

sp

2

_orbital

orbital Czasteczka_hybryd_sp2.MOV

Hybrydyzacja

C C sp2 sp2 sp2 sp2 H_{1 s} H_{1 s} H_1s H_{1s sp}2 _sp2 Eten C₂H₄

Hybrydyzacja

sp

2 Eten C₂H₄ 09_168 (b)

H

C

C

H

H

H

sp2 sp2 sp2 sp2 H1s H1s C C 2p sp2 _sp2 (a)

Hybrydyzacja

sp

2 Benzen C₆H₆ 09_202 H H H sp2 C C C C C C sp2 H1s H H H

Hybrydyzacja

sp

2 Benzen C₆H₆ H H H H H H H H H H H H wiązanie zdelokalizowane typu π

Hybrydyzacja

Czasteczka_NO3.MOV

Hybrydyzacja

sp

z s px y y x z z y gives a linear arrangement x y z Hybridization 180° x x x y z Czasteczka_hybryd_sp.MOV

Hybrydyzacja

O C O

sigm a bond

(1 pair of electrons) pi bond (1 pair of electrons) pi bond (1 pair of electrons) (a)

O

C

O

sp

CO₂

Hybrydyzacja

p sp sp p ( ) N

sp

N₂

lone pair sigma bond lone pair N N sp sp sp sp (c) N N

2p 2p H1s H sp 2p 2p C sp 2p 2p 2p C H H1s 2p sp

Hybrydyzacja

Acetylen C₂H₂

Porównanie typów hybrydyzacji

Jak z orbitali atomowych otrzymać orbitale hybrydowe?

sp2 ) ( ) ( 2 1 2 2 1 1 x x p s t p s t − = + = x y x y x p p s t p p s t p s t 6 1 2 1 3 1 3 6 1 2 1 3 1 2 3 2 3 1 1 − + = − − = + = ) ( ) ( ) ( ) ( 2 1 4 2 1 3 2 1 2 2 1 1 z y x z y x z y x z y x p p p s t p p p s t p p p s t p p p s t + + + = + − − = − + − = − − + =

Formalizm – liniowa kombinacja orbitali atomowych sp

“p” charakter

“s” charakter

sp

3

_sp

2

_sp

gęstość

elektronowa

Porównanie typów hybrydyzacji

Porównanie typów hybrydyzacji

wzrost charakteru „s”

i 2 p-p

HC≡CH

828

12.1

sp-sp

C≡C

CH

₂

=CH

₂

607

13.4

sp

2

_-sp

2

C=C

CH

₃

- CH

₃

368

15.4

sp

3

_-sp

3

C-C

molekuła

energia

długość,

pm

typ

wiązanie

i p-p

Number of Effective Pairs Arrangement of Pairs Hybridization Required 2 Linear sp 180° 3 Trigonal planar sp2 120° 4 Tetrahedral 109.5° 5 Trigonal bipyramidal dsp 3 90° 120° 90° 90° 6 Octahedral d2_sp3 sp3 Kształty cząsteczek

Porównanie typów hybrydyzacji

08_06T

Number of Electron Pairs

Table 8.6Arrangements of Electron Pairs Around an Atom Yielding Minimum Repulsion Arrangement of Electron Pairs Example

2 Linear 3 Trigonal planar 4 Tetrahedral 5 Trigonal bipyramidal 6 Octahedral A A A A 120° 90° A Kształty cząsteczek

Porównanie typów hybrydyzacji

Przykłady cząsteczek 105o H2O kątowy 2 2 sp3 107o NH3 piiramida trygonalna 1 3 sp3 109o CH4 tetraedr 0 4 sp3 SO2 kątowy 1 2 sp2 120o SO3 trójkąt płaski 0 3 sp2 kąt pomiędzy wiązaniami przykład kształt liczba wolnych par liczba podstawników hybrydyzacja

Orbitale molekularne

Czy hybrydyzacja jest potrzebna do opisu wiązań w

cząsteczce?

Cząsteczka CO – bez hybrydyzacji 2s 2s σs σ* s

2p

2p

σ

_p

π

_p

π

* p

σ

* p

C

O

2p

2p

σ

_p

π

_p

π

* p

σ

* p

2p

2p

σ

_p

π

_p

π

* p

σ

* p

C

O

Bielański

Orbitale molekularne

Cząsteczka CO –hybrydyzacja atomu C

2p 2px σt1-p πp π* p σ* ti-p 2s σns t1 t2 2py 2pz t2 2s 2p 2px σt1-p πp π* p σ* ti-p 2s σns

C

O

t1 t2 2py 2pz t2 2s

Atkins