Vrml-модель (109 822 байт).

Для атома углерода и других элементов 2-го периода этот процесс происходит по схеме:

2s + 2p_x + 2p_y + 2p_z = 4 (2sp³)

Схема sp³-гибридизации атомных орбиталей.

Оси sp³-гибридных орбиталей направлены к вершинам правильного тетраэдра. Тетраэдрический угол между ними равен 109°28', что соответствует наименьшей энергии отталкивания электронов.

Впервые идею о направленности единиц сродства (валентностей) атома углерода по углам тетраэдра независимо друг от друга выдвинули в 1874 г. Вант-Гофф и Ле Бель.

sp³-Орбитали могут образовывать четыре -связи с другими атомами или заполняться неподеленными парами электронов

А как наглядно изобразить пространственное строение атома в sp³-состоянии на рисунке? В этом случае sp³-гибридные орбитали изображают не электронными облаками, а прямыми линиями или клиньями в зависимости от пространственной ориентации орбитали. Такое схематическое изображение используется при написании стереохимических (пространственных) формул молекул.

Переход от орбитальной модели (а) к пространственной формуле (б).

См. также рисунок (13 810 байт). На примере молекулы метана показаны объемные модели и пространственная (стереохимическая) формула молекулы с sp³-углеродным атомом.

Модель молекулы метана

Рисунок (8575 байт) и анимация (29443 байт) иллюстрируют строение молекулы этана C₂H₆.

sp³-Гибридизованное состояние свойственно атому, если сумма числа связанных с ним атомов и числа его неподеленных электронных пар равна 4 (рисунок, 14 930 байт).

Углерод в sp³-гибридном состоянии встречается в простом веществе - алмазе (14 547 байт). Это состояние характерно для атомов С, N, O и др., соединенных с другими атомами одинарными связями (sp³-атомы выделены красным цветом):

СH₄, RCH₃, NH₃, RNH₂, H₂O, ROH, R₂O;

а также в анионах типа:    R₃C:^,    RO^   и т.п.

Следствием тетраэдрического строения sp³-атома является возможность существования двух зеркальных стереоизомеров у соединения, содержащего такой атом с четырьмя разными заместителями (Вант-Гофф, Ле Бель, 1874).

Модели молекулы этана С₂Н₆

sp³-Гибридизация атомов в различных соединениях.

4.3.2. sp²-Гибридизация (плоскостно-тригональная)

Одна s- и две p-орбитали смешиваются, и образуются три равноценные sp²-гибридные орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120° (выделены синим цветом). Они могут образовывать три -связи. Третья р-орбиталь остается негибридизованной и ориентируется перпендикулярно плоскости расположения гибридных орбиталей. Эта р-АО участвует в образовании -связи.

Vrml-модель (2 камеры, 109 300 байт).

Для элементов 2-го периода процесс sp²-гибридизации происходит по схеме:

2s + 2p_x + 2p_y = 3 (2sp²) 2p_z-АО в гибридизации не участвует.

Для изображения пространственного строения атомов в sp²-состоянии используются те же приемы, что и в случае sp³-атомов:

Переход от орбитальной модели атома в sp²-гибридизированном состоянии (а) к пространственной формуле (б). См. также рисунок (10 409 байт).

Строение молекул с sp²-атомами отражают их модели:

 sp²-Гибридизованное состояние свойственно атому, если сумма числа связанных с ним атомов и числа его неподеленных электронных пар равна 3 (примеры, 8 444 байт).

Углерод в sp²-гибридном состоянии образует простое вещество графит. Это состояние характерно для атомов С, N, O и др. с двойной связью (sp²-атомы выделены красным цветом):

H₂C=CH₂ (анимация, 21 266 байт), H₂C=CHR, R₂C=NR, RN=NR, R₂C=O, RN=O, а также для катионов типа R₃C⁺ и свободных радикалов R₃C^.

4.3.3. sp-Гибридизация (линейная)

Одна s- и одна р-орбиталь смешиваются, образуя две равноценные sp-орбитали, расположенные под углом 180, т.е. на одной оси.