Справочники / Врублевский А.И. Химия. Теоретический курс для подготовки к ЕГЭ

дами образование гибридных АО не фиксируется. Тем не менее I теория гибридизации имеет некоторое физическое обоснование.

Рассмотрим строение молекулы метана. Известно, что моле-

Iкуда СН4 имеет форму правильного тетраэдра с атомом углерода

вцентре, все четыре связи С—Н образованы по обменному

| механизму и имеют одинаковую энергию и длину т. е. эквива-

I лентны. Объяснить наличие у атома углерода четырех неспарен-

Iпых электронов достаточно просто, предположив переход его в возбужденное состояние:

ТI Т | Т

Т| 2р

2s

Однако этот процесс никак не объясняет эквивалентность всех четырех связей С—Н, поскольку, согласно приведенной схе-

Iме, три из них образованы с участием 2р-АО атома углерода, од­ на — с участием 2.S-AO, а форма и энергия 2р- и 2.S-AO разные.

Для объяснения этого и других подобных фактов Л. Полин- I гом была разработана концепция ГВАО. Предполагается, что I смешивание орбиталей происходит в момент образования хими-

Iческих связей. Данный процесс требует затрат энергии на рас­

паривание электронов, которые, однако, компенсируются за счет выделения энергии при образовании гибридными АО более

!прочных (по сравнению с негибридными) связей.

I

На основании природы и числа АО, участвующих в гибридизации, различают несколько ее типов.

В случае sp3-гибридизации смешиваются одна 5- и три /2-ор­ битали (откуда и произошло название типа гибридизации). Для атома углерода этот процесс можно представить следующим

образом:

или с помощью электронных конфигураций:

| атомах число валентных электронов (5 и 6 соответственно) превышает число лр3-гибридных АО (4), поэтому часть гибрид-

Видим, что в атоме азота неподеленная пара электронов находится на одной гибридной АО, а в атоме кислорода — на двух. В образовании связей с атомами водорода участвуют толь­ ко АО с неспаренными электронами, а неподеленные пары

| электронов будут оказывать отталкивающее действие (рис. 4.5) друг на друга (в случае кислорода) и на связывающие электро-

I ны (для кислорода и азота).

Рис. 4.5. Схема отталкивающего действия связывающих и несвязывающих орбиталей в молекуле аммиака (а) и воды (б)

Отталкивание выражено сильнее в случае молекулы воды, так как у атома кислорода две неподеленные пары электронов. Поэтому отклонение от идеального значения валентного угла для этого типа гибридизации (109°28') в молекуле воды больше, чем в молекуле аммиака (в молекулах Н2О и NH3 валентный угол

равен соответственно 104,5° и 107°).

Модель .^-гибридизации привлекается для объяснения строе­

ния алмаза, кремния, ионов NHJ и Н3О+, алканов, циклоалканов и др. В случае углерода данный тип гибридизации использует­ ся всегда, когда атом этого элемента образует только четыре

о-связи.