Типы гибридизации атомных орбиталей | Задачи 261 — 264

Типы гибридизации АО. Полярность молекул. Геометрическая структура молекул

 

 

 

Задача 261.

Какие типы гибридизации АО углерода соответствуют образованию молекул СН4, С2Н6, С2Н4, С2Н2

Решение:

а) В молекулах СН4 и С2Н6 валентный электронный слой атома углерода содержит четыре электронных пары:

Поэтому электронные облака атома углерода в молекулах СН4, С2Н6 будут максимально удалены друг от друга при sp3-гибридизации, когда их оси направлены к вершинам тетраэдра. При этом в молекуле СН4 все вершины тетраэдра будут заняты атомами водорода, так что молекула СН4 имеет тетраэдрическую конфигурацию с атомом углерода в центре тетраэдра. В молекуле С2Н6 атомы водорода занимают три вершины тетраэдра, а к четвёртой вершине направлено общее электронное облако другого атома углерода, т.е. два атома углерода соединены друг с другом. Это можно представить схемами:

б) В молекуле С2Н4 валентный электронный слой атома углерода, как и в молекулах СН4, С2Н6. содержит четыре электронные пары:

При образовании  С2Н4 три ковалентные связи образованы по обычному механизму, т.е. являются — связями, и одна — — связь. При образовании молекулы С2Н4 каждый атом углерода с двумя атомами водорода — связями и друг с другом двумя связями, одной — и одной — связями. Гибридные облака, соответствующие данному типу гибридизации, располагаются в атоме углерода так, чтобы взаимодействие между электронами было минимальным, т.е. как можно дальше друг от друга. Данное расположение атомов углерода (две двойные связи между атомами углерода) характерно для sp2-гибридизации АО углерода. При sp2-гибридизации электронные облака в атомах углерода ориентированы в направлениях, лежащих в одной плоскости и составляющих друг с другом углы в 1200, т.е. в направлениях к вершинам правильного треугольника. В молекуле этилена в образовании  — связей участвуют три sp2-гибридные орбитали каждого атома углерода, две между двумя атомами водорода и одна со вторым атомом углерода, а — связь образуется за счёт р-электронных облаков каждого атома углерода. Структурная формула молекулы С2Н4 будет иметь вид:

в) В молекуле С2Н2 валентный электронный слой атома углерода содержит четыре пары электронов:

Структурная формула С2N2 имеет вид:

Каждый атом углерода соединён одной электронной парой с атомом водорода и тремя электронными парами с другим атомом углерода. Таким образом, в молекуле ацетилена атомы углерода соединены друг с другом одной -связью и двум -связями. С водородом каждый атом углерода соединён  -связью. В образовании — связей участвуют две sp-гибридные АО, которые расположены друг относительно друга так, что взаимодействие между ними минимальное, т.е. как можно дальше друг от друга. Поэтому при sp-гибридизации электронные облака между атомами углерода ориентированы в противоположных направлениях друг относительно друга, т.е. угол между связями С—С составляет 1800. Поэтому молекула С2Н2 имеет линейное строение:


Задача 262. 
Указать тип гибридизации АО кремния в молекулах SiH4 и SiF4. Полярны ли эти молекулы?
Решение:
В молекулах SiH4 и SiF4 валентный электронный слой содержит четыре пары электронов:

Поэтому в обоих случаях электронные облака атома кремния будут максимально удалены друг от друга при sp3-гибридизации, когда их оси направлены к вершинам тетраэдра. При этом в молекуле SiH4 все вершины тетраэдра заняты атомами водорода, а в молекуле SiF4 – атомами фтора, так что эти молекулы имеют тетраэдрическую конфигурацию с атомом кремния в центре тетраэдра:

В тетраэдрических молекулах SiH4 и SiF4 дипольные моменты связей Si—H и Si—F взаимно компенсируют друг друга, так что суммарные дипольные моменты обоих молекул будут равны нулю. Эти молекулы неполярны, несмотря на полярность связей Si—H и Si—F.


Задача 263. 
В молекулах SО2 и SО3 атом серы находится в состоянии sp2-гибридизации. Полярны ли эти молекулы? Какова их пространственная структура?
Решение:
При sp2-гибридизации гибридные облака располагаются в атоме серы в направлениях, лежащих в одной плоскости и составляющих друг с другом углы в 1200, т.е. направленных к вершинам правильного треугольника.

а) В молекуле SО2 две sp2-гибридные АО образуют связь с двумя атомами кислорода, третья sp2-гибридная орбиталь будет занята свободной электронной парой. Эта электронная пара будет смещать электронную плоскость и молекула SО2 примет форму неправильного треугольника, т.е. угол OSO не будет равен 1200. Поэтому молекула SО2 будет иметь угловую форму при  sp2-гибридизации орбиталей атома структуру:

В молекуле SО2 взаимной компенсации дипольных моментов связей S—O не происходит; дипольный момент такой молекулы будет иметь значение больше нуля, т.е. молекула полярна. 

б) В угловой молекуле SО3 все три sp2-гибридные АО образуют связь с тремя атомами кислорода.Длина связи S – O равна 0,142 нм, валентный угол составляет 120°. Молекула SО3 будет иметь форму плоского треугольника с sp2-гибридизацией атома серы:

В треугольной молекуле SО3 дипольные моменты связей S—O взаимно компенсируют друг друга, так что суммарный дипольный момент будет равен нулю, молекула неполярна.


Задача 264. 
При взаимодействии SiF4 с HF образуется сильная кислота Н2SiF6, диссоциирующая на ионы Н+  и SiF62-. Может ли подобным образом протекать реакция между СF4 и НF? Указать тип гибридизации АО кремния в ионе  SiF62-.
Решение:
а) При возбуждении атом кремния переходит из состояния 1s22s22p63s23p2 в состояние 1s22s22p63s13p33d0, а электронное строение валентных орбиталей соответствует схеме:

Четыре неспаренных электрона возбуждённого атома кремния могут участвовать в образовании четырёх ковалентных связей по обычному механизму с атомами фтора (1s22s22p5), имеющими по одному неспаренному электрону с образованием молекулы SiF4

При взаимодействии SiF4 с HF образуется кислота Н2SiF6. Это возможно, потому что в молекуле SiF4 имеются свободные 3d-орбитали, а в ионе F- (1s22s22p6) свободные пары электронов. Связь осуществляется по донорно-акцепторному механизму за счёт пары электронов каждого из двух ионов F (HF ↔ H+ + F) и свободных 3d-орбиталей молекулы SiF4. При этом образуется ион SiF62-, который с ионами H+  образует молекулу кислоты Н2SiF6.

б) Углерод (1s22s22p2) может образовать, подобно кремнию, соединение СF4, но при этом валентные возможности атома углерода будут исчерпаны (нет неспаренных электронов, свободных пар электронов и свободных валентных орбиталей на валентном уровне). Схема строения валентных орбиталей возбуждённого атома углерода имеет вид:

При образовании СF4 все валентные орбитали углерода заняты, поэтому ион   образоваться не может.

В молекуле SiF4 валентный электронный слой атома кремния содержит четыре пары электронов:  

Это же наблюдается и для молекулы СF4. поэтому в обоих случаях электронные облака атомов  кремния и углерода будут максимально удалены друг от друга при sp3-гибридизации. Когда их оси будут направлены к вершинам тетраэдра:


🌟 Видео

Органическая Химия — ЭТО НУЖНО ВИДЕТЬ! Гибридизация орбиталейСкачать

Органическая Химия — ЭТО НУЖНО ВИДЕТЬ! Гибридизация орбиталей

Гибридизация атомных орбиталей и геометрия молекул. 10 класс.Скачать

Гибридизация атомных орбиталей и геометрия молекул. 10 класс.

Лайфхак по определению гибридизации за 7 минут | ХИМИЯ ЕГЭ | СОТКАСкачать

Лайфхак по определению гибридизации за 7 минут | ХИМИЯ ЕГЭ | СОТКА

Органика. Виды гибридизации орбиталей (sp-, sp2-, sp3-гибридизация)Скачать

Органика. Виды гибридизации орбиталей (sp-, sp2-, sp3-гибридизация)

ХИМИЮ УЧИТЬ ЛЕГКО! ГибридизацияСкачать

ХИМИЮ УЧИТЬ ЛЕГКО! Гибридизация

Гибридизация атома углерода | Химия ЕГЭ для 10 класса | УмскулСкачать

Гибридизация атома углерода | Химия ЕГЭ для 10 класса | Умскул

Все про гибридизацию на ЕГЭ по химии | УмскулСкачать

Все про гибридизацию на ЕГЭ по химии | Умскул

Типы гибридизации атома углерода | Химия ЕГЭ 10 класс | УмскулСкачать

Типы гибридизации атома углерода | Химия ЕГЭ 10 класс | Умскул

Химия. 10 класс. Гибридизация атомных орбиталей. Геометрия молекул /07.10.2020/Скачать

Химия. 10 класс. Гибридизация атомных орбиталей. Геометрия молекул /07.10.2020/

Теория гибридизации (Russian)Скачать

Теория гибридизации (Russian)

1. ГИБРИДИЗАЦИЯ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ (ЧАСТЬ 1)Скачать

1. ГИБРИДИЗАЦИЯ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ (ЧАСТЬ 1)

Гибридизация. Виды гибридизации. Теория для задания 12 ЕГЭ по химии.Скачать

Гибридизация. Виды гибридизации. Теория для задания 12 ЕГЭ по химии.

Гибридизация для школьников, валентные состояния атома углерода (sp, sp², sp³)Скачать

Гибридизация для школьников, валентные состояния атома углерода (sp, sp², sp³)

Движение электронов в атоме. 1 часть. 8 класс.Скачать

Движение электронов в атоме. 1 часть. 8 класс.

ЛЕКЦИЯ 1.1. ГИБРИДИЗАЦИЯ, СОПРЯЖЕНИЕ, АРОМАТИЧНОСТЬСкачать

ЛЕКЦИЯ 1.1. ГИБРИДИЗАЦИЯ, СОПРЯЖЕНИЕ, АРОМАТИЧНОСТЬ

4. sp sp2 sp3 гибридизация, как определить?Скачать

4. sp sp2 sp3 гибридизация, как определить?

Химия | Гибридизация. Алгоритм определения гибридизацииСкачать

Химия | Гибридизация. Алгоритм определения гибридизации

2. ГИБРИДИЗАЦИЯ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ (ЧАСТЬ 2)Скачать

2. ГИБРИДИЗАЦИЯ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ (ЧАСТЬ 2)

Типы гибридизации 2Скачать

Типы гибридизации 2

Определяем типы гибридизацииСкачать

Определяем типы гибридизации
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии