3.5. Гібридизація атомних орбіталей.

sp-, sp²-, sp³- гібридизація

ГІБРИДИЗАЦІЯ ОРБІТАЛЕЙ – ця зміна форми деяких орбі­та­лей при утворенні ковалентного зв'язку. Гібридизація - це зміна електронної густини декількох орбіталей різної форми, а енергії утворення однакових орбіталей. Кути між орбіталями називаються валентними.

• sp-гібридизація: одна s-орбіталь і одна p-орбіталь (вони обведені на орбітальній діаграмі) взаємодіють та вирівнюються формою і енергією утворюючи дві однакові "гібридні" орбіталі, кут між осями яких рівний 180°.

Наприклад: утворення молекули BeCl₂ можна зобразити формулами Льюїса:

Електронна конфігурація валентної оболонки Берилію 2s². Для реакції з двома атомами хлору необхідний перехід електронів Берилію в збуджений стан, при цьому один електрон переходить з 2s орбіталі на 2 p орбіталь:

Таким чином атом Берилію в збудженому стані має два неспарені елект­рони, а отже може утворювати два зв′язки. s- та p-орбіталі взаємодіють між собою, утворюючи гібридні sp-орбіталі. Тому в молекулі BaCl₂ обидва зв'язки мають однакову довжину, міцність і розташовані під кутом 180° один відносно другого.

Молекули, в яких здій­­снюється sp-гіб­ри­дизація, мають лі­ній­ну форму (СО₂ - вуглекислий газ, С₂Н₂ - ацетилен).

Рис. 3.4. sp-гібридизація валентних орбіталей берилія в сполуці BeCl₂. Кожна гібридна орбіталь несиметрична (витягнута убік від ядра). Обидві гібридні орбіталі берилію лежать на одній прямій.

• sp²-гібридизація. Одна s-орбіталь і дві р-орбіталі перетворюються на три однакові "гібридні" орбіталі, кут між осями яких рівний 120°. Молекули, в яких здійснюється sp²- гібридизація, мають плоску геометрію (С₂Н₄ - етен_, С₆Н₆ - бензен).

Рис.3.5. sp²-гібридизація валентних орбіталей бору в сполуці BF₃. Три sp²-гибридні орбіталі бору лежать в одній площині під кутом 120°.

• sp³-гібридизація. Одна s-орбіталь і три р-орбіталі перетворюються на чотири однакові "гібридні" орбіталі, кут між осями яких рівний 109°28'. Молекули, в яких здійснюється sp³ - гібридизація, мають тетраедричну геометрію (СН₄, NH₄⁺)_.

Мал. 3.6. sp³-гибридизація валентних орбіталей Карбону. Чотири sp³-гибридні орбіталі вуглецю направлено до вершин тетраедра. Атом вуглецю знаходиться в центрі тетраедра. Кути між всіма зв'язками рівні (109º28').

При гібридизації ЧИСЛО ГІБРИДНИХ ОРБІТАЛЕЙ завжди дорівнює ЧИСЛУ ПОЧАТКОВИХ АТОМНИХ ОРБІТАЛЕЙ.

3.6. Йонний зв'язок. Механізм утворення йонного зв’язку

ЙОННИЙ ЗВ'ЯЗОК – це зв'язок між катіонами металів та аніо­нами неметалів (Me – неМе) за рахунок електростатичного при­тягання між йонами. Йонний зв'язок – граничний випадок ко­валентного полярного зв'язку. Йонний зв'язок неміцний.

Якщо різниця електронегативностей атомів велика, то електронна пара, що утворює зв'язок, переходить до одного з них, внаслідок чого утворюються йони.

ЙОНИ - це заряджені частинки, на які перетворюються атоми в результаті віддачі або приєднання електронів:

Na (3s¹) – 1 eˉ  Na⁺ (3s⁰) – катіон

F (2s²2p⁵) + 1 eˉ  Fˉ (2s²2p⁶) –аніон



(фторид натрію складається з йонів натрію Na⁺ і фторид йонів F^ˉ)

Хімічний зв'язок між йонами можна зобразити як: Kt⁺Anˉ, де Kt⁺ - КАТІОН, позитивно заряджений йон, Anˉ - АНІОН, негативно заряджений йон.

Зв'язок вважається йонним, якщо він виникає між атомами, у яких різниця електронегативності більша ніж 1,7.

Наприклад, ЕН (Nа) = 1,01, ЕН (F) = 4,0. Різниця ЕН = 4,0 – 1,01 = 2,99.

МЕХАНІЗМ УТВОРЕННЯ ЙОННОГО ЗВ'ЯЗКУ:

Атоми металів віддають електрони і утворюють КАТІОНИ. Атоми неметалів приймають електрони і утворюють АНІОНИ. Між йонами виникають сили електростатичного притягання. В резу­ль­таті утворюються структури, де кож­­ний йон оточений максима­ль­ним числом йонів протилеж­ного знаку. Так утворюються кри­­ста­ліч­ні речовини, речовини з йон­ним типом кристалічних граток.

Li – е^– = Li⁺

F + e^– = F^–

Li⁺ + F^– = LiF

Рис. 3.7. Утворення йонної молекули LiF.

Властивості речовин з йонним типом зв'язку :

• це кристалічні речовини;

• це сильні електроліти, легко утворюють йони в розчинах:

NaCl  Na⁺ + Clˉ;

• вони мають високі температури кипіння і плавлення.

Всі мінеральні солі в тваринних та рослинних клітинах – це речовини з йонним типом зв'язку.