Валентність Брому і за електронною конфігурацією

₃₅Br … 4s²4p⁵ … B = 1,

4s

4р

і в сполуці дорівнює одиниці, отже, він знаходиться в нормальному стані.

Валентний електрон Брому, що бере участь в утворенні зв’язку, міститься на p-атомній орбіталі, яка має форму гантелі. Таким чином, у молекулі BBr₃ реалізуються три -зв’язки за обмінним механізмом. Зі схеми видно, що ці три -зв’язки утворюються внаслідок перекривання трьох гібридизованих одноелектронних орбіталей атома Бору з одноелектронними р-орбіталями трьох атомів Брому. Одна валентна (вільна) р-орбіталь атома Бору залишається негібридною, вона не змінює геометричної конфігурації молекули, а тому не показана на малюнку. За рахунок наявності цієї вільної орбіталі атома Бору можливе подальше утворення не одного хімічного зв’язку, наприклад, за донорно-акцепторним механізмом.

Молекула BBr₃ має площинну конфігурацію з валентними кутами 120, тому вона симетрична та неполярна .

в) У нормальному стані атом Карбону двовалентний

₆C … 2s²2p² … B = 2,

2s

2р

а в сполуці СCI₄ він чотиривалентний, тобто знаходиться у збудженому стані:

С* … 2s¹2p³ … B* = 4.

2s

2р

Чотири рівноцінні зв’язки з атомами Йоду потребують sp³-гібридизації центрального атома з валентними кутами приблизно 109, 5.

Електронна формула атома Йоду:

2s

2р

53І … 5s²5p⁵ … B = 1,

т обто він знаходиться у нормальному стані. Чотири рівноцінні зв’язки з атомами Йоду потребують sp³-гібридизації центрального атома з валентними кутами приблизно 109, 5.Валентний електрон Йоду, що бере участь в утворенні -зв’язку за обмінним механізмом, знаходиться на р-атомній орбіталі (гантелеподібна форма).Просторово чотири гібридні орбіталі атома Карбону реалізуються в напрямку від центра тетраедра (ядро атома Карбону) до його вершин. Оскільки всі зв’язки в молекулі ССІ₄ рівноцінні, вона симетрична і неполярна Завдання 6. Пояснити, чому молекула BeH₂ неполярна, а молекула H₂O полярна, хоча обидві мають полярні зв’язки BeH та OH .

Розв’язання. Щоб визначити підсумковий дипольний момент молекули, треба знайти векторну суму дипольних моментів усіх зв’язків. Молекула BeH₂, хоч і має два полярні зв’язки BeH, є лінійною та симетричною внаслідок sp-гібридизації атомних орбіталей центрального атома Берилію, тому її сумарний дипольний момент дорівнює нулю (див. завдання 5):

H Be H = 0.

У несиметричній кутовій молекулі Н₂О внаслідок sp³-гібридизації орбіталей а тома Окси-гену наявний підсумковий дипольний момент , тобто молекула Н₂О полярна. Детальніше обґрунтування подано у задачі 4.

Завдання 7. Визначити й обґрунтувати типи гібридизації атомних орбіталей, зобразити електронні конфігурації молекул: а) СO₂; б) кисню О₂.

Розв’язання. Визначаючи тип гібридизації атомних орбіталей, треба пам’ятати, що гібридні атомні орбіталі не можуть брати участі в утворенні -зв’язків. Останній реалізується негібридними d- або р-орбіталями.

а) Електронна конфігурація валентного рівня атома Карбону в нормальному стані становить:

₆С … 2s²2p² … B = 2.

2s

2р

У молекулі О = С = О валентність Карбону дорівнює чотирьом, тобто в цій сполуці атом Карбону знаходиться у збудженому стані.

₆C*… 2s¹2p³ … B* = 4.

О

ксиген у молекулі знаходиться в нормальному стані, оскільки його валентність і за електронною конфігурацією і у сполуці дорівнює двом:

2р

₈O … 2s²2p⁴ … B = 2.

2s

Атом Карбону з кожним із двох атомів Оксигену утворює один - та один -зв’язки, оскільки в нього дві атомні орбіталі підлягають sp-гібридизації, а дві негібридні р-орбіталі беруть участь в утворенні двох -зв’язків.

Кожний з атомів Оксигену також утворює з атомом Карбону один - та один -зв’язок; він підлягає sp²-гібридизації А.О., а також одна р-орбіталь у нього залишається негібридною. Атом Карбону не має незв’язуючих орбіталей, тоді як у кожного з атомів Оксигену є по дві незв’язуючі атомні орбіталі.

Саме sp-гібридизація А.О. центрального атома (Карбону) визначає лінійну симетричну будову молекули СО₂. Внаслідок симетричної будови молекули її підсумковий дипольний момент дорівнює нулю (= 0), тобто молекула в цілому є неполярною.

Слід зазначити, що уявлення про гібридизацію атомних орбіталей під час

утворення хімічного зв’язку – це квантово-механічний метод, який дозволяє пояснити просторову конфігурацію молекул перебудовою їх вихідних атомних орбіталей на гібридні. Атоми одного й того самого елемента здатні утворювати різноманітні хімічні сполуки з різними валентними кутами, тобто можлива реалізація різних типів гібридизації атомних орбіталей. Наприклад, у молекулі метану СН₄ здійснюється sp³-гібридизація орбіталей Карбону (валентні кути 109,5); в молекулі етану Н₃ССН₃ також обидва атоми Карбону перебувають у sp³-гібридному стані.

Однак у молекулі етену Н₂С СН₂ атом Карбону окрім гібридних А.О. має одну негібридну атомну орбіталь, яка бере участь в утворенні -зв’язку із сусіднім атомом Карбону. Тому в цьому випадку відбувається sp²-гібридизація А.О. кожного з атомів Карбону (валентні кути 120) з утворенням трьох гібридних орбіталей, що утворюють три -зв’язки.

У молекулі етину НССН, як і в розглянутій вже молекулі СО₂, реалізується sp-гібридизація атомних орбіталей Карбону, а дві негібридні р-орбіталі утворюють два -зв’язки. Отже, у наведених сполуках (CH₄, C₂H₄, C₂H₂) атоми Карбону перебувають у різних гібридизованих станах.

б) Електронна будова валентного рівня атома Оксигену становить:

₈О … 2s²2p⁴ B = 2.

2s

2р

Валентність Оксигену в молекулі кисню О₂ також дорівнює двом (О = О), тобто в м олекулі кисню реалізується один - і один -зв’язок. Оскільки гібридні атомні орбіталі не можуть утворювати

-зв’язок, кожний з атомів Оксигену в молекулі О₂ перебуває в sp²-гібридизованому стані, а -зв’язок утворюється негібридними p-орбіталями.