Нюманови проекционни формули

Във видеото за sp3 хибридните орбитали разгледахме много подробно как изглежда молекулата на метана. Сега само ще преговорим, тя има форма на тетраедър. Имаме един въглероден атом в средата и след това имаме водород... представи си, че водородът все едно излиза от листа. После може да имаш друг водород, който е на листа. После имаме един над въглерода, който е зад листа. Можеш да си го представиш като трикрако столче, с един пилон, който стърчи над него. Ако искаме да си представим формата по друг начин, ако свържем тези водороди, ще получим четиристенна пирамида, като всяка стена е триъгълна. Ще изглежда ето така. Опитвам се да я нарисувам добре... пирамидата ще изглежда някак така, ако можеш да виждаш през нея. Това е едната стена, това е другата стена, това е задната стена и четвъртата стена е предната, която е прозрачна. Четвъртата стена е тази, през която ние виждаме цялата пирамида, тя е тази стена тук отпред. Можеш да си го представиш по различен начин, но това е метанът. Сега ще направим това за една малко по-сложна молекула, молекулата на етана. Както го чертаех досега... предполагам, че това е най-лесният начин да направя етана, ето така. Ето това е етан. Тук имаш въглерод и тук имаш въглерод, и всеки от тях е свързан с по три водородни атома. Ще изглежда горе-долу така. Три водорода са свързани с всеки от тези приятели. Но ние знаем, че въглеродът има тези sp3-хибридни орбитали, които образуват тетраедрална форма, когато образува връзки. Значи етановата молекула ще изглужда по-скоро така. Нека да направя въглеродите. Въглеродните атоми ще са тези в оранжево. Това е въглерод и това е въглерод. Можеш да си представиш, че имаш тук въглероден атом. Ще направя това като малък кръг. Ако погледнем така, тази въглерод-въглеродна връзка ще изглежда ето така. После имаме друг въглероден атом ето тук. Това тук е връзката. И искаме всички връзки на тези въглероди да заемат тетраедрална форма. Можеш да си предтавиш тази връзка тук насам. Тази връзка отива ето така. И на края имаш водород. Тези зелени кръгчета са водородните атоми. Имаш този водород и после... това са просто кръгчета, но ги наричаме водород... и после си представи този, който може би излиза от страницата малко така. Това е този водород. Нека да обознача водородите. Ще ги направя всичките в различни цветове, за да разбереш какво имам предвид. Значи после този водород отива точно надолу, може би малко назад. Значи този водород е точно тук. Виждаш, че този въглерод, неговите връзки образуват тетраедрална форма. Ако погледнеш тази част, това е основата на един трипод, а това нещо стърчи нагоре. За този въглерод ще имаме съвсем същото нещо. Този водород ето тук, може би стърчи ето така. Скоро ще спра да сменям цветовете. Отнема много време. Този водород тук сочи в тази посока ето така. И после ще имаш... какви цветове ми останаха? Ще го направя в жълто. Този водород тук, той може би сочи насам. Това е една възможна конфигурация за етана. И начинът, по който го нарисувах сега, може би имаш модел, който има тези малки дървени пръчки, които излизат от топчета, като топчетата представляват атомите и това се нарича конструктор с топчета и пръчки. Това е моделът с топчета и пръчки за етана. По-прост начин да го нарисувам е т.нар. проекция "конска подкова"... по-скоро е "дървено магаре" Аз винаги казвам конска подкова. Проекция "дървена стойка-магаре". Тя ще изглежда ето така. Тази същата конфигурация на етана в проекция "дървена стойка-магаре" Знаеш как изглежда дървеното магаре, сега ще го нарисувам. Изглежда ето така. Можеш да го нарисуваш по съвсем същия начин като мен. Имаш въглерод, въглерод, и после имаш водород, водород, водород и накрая... тук горе повече прилича на това. Просто виждаме приликата и после можем да завъртим нещата. Тук горе както го направих, имам водород, водород и водород. И после тук имаш водород, водород и водород. Това е проекцята "дървено магаре". Но както и да го нарисуваш, това е едно и също нещо. Това е донякъде по-мързеливият начин да се направи. Не рисуваш всички тези кръгчета, и по-малко внимаваш с ъгъла, как показваш ъгъла спрямо въглерода и тази тетраедрална форма. Но и в двата случая, когато започваш да показваш молекулата по този начин, започваш да разбираш, че има безкраен брой начини тези неща да се конфигурират. И всичко това следва от тази сигма връзка тук. Разгледахме го във видеото за sp3 хибридизация, сигма и пи-връзки. Това е една сигма връзка. И можем да въртим връзките. Единият от тези атоми се върти около оста на тази връзка, като не е необходимо и другият да се върти заедно с него. Ако това е двойна връзка, ако това е пи-връзка, те ще трябва да се въртят заедно. Така че можем да имаш случай като този, който направих тук, или да имаш ситуация, когато те са завъртени обратно един на друг. Ето това имам предвид. Затова ще направя модел с топчета и пръчки. Да кажем, че това е предният въглерод, това е задният въглерод, и ще ги сравним с това тук. Ще нарисувам този атом по същия начин. Той има водород тук долу, има водород тук и има водород ето тук. Тази част на етана изглежда идентична. Но сега ще завъртя другата страна на етана. Внимавай, за да можеш да забележиш разликата между двете. Вместо да направя този син водород тук долу, ще го направя отгоре. Значи този синият водород ще бъде тук горе. Просто го завъртам. Този син водород отива отгоре. Завъртам го така, че сега синият водород е отгоре. А зеленият водород идва ето тук. Сега зеленият водород е ето тук. И този лилавия или розовия водород, като го завъртя, ще дойде ето тук. Каква е разликата между тази конфигурация и тази конфигурация? Като можем да имаме всяка друга конфигурация между тези двете. Но каква е разликата тук? Тук водородът, представи си, че водородът, ако го гледаш от тази страна, водородът е точно над този водород, че този водород е точно над този водород. Това се нарича засенчена конфигурация или конформация. Това е засенчена конформация. А при тази тук нищо не е над нещо друго. Ако тръгнеш от тук, отиваш направо в тази точка. Никой не е над него. Ако тръгнеш от този приятел, тогава... никой атом не е отзад... още веднъж, като гледаме от тази страна.... те блокират ли се от тези тук? Това се нарича скосена конформация. Но защо това ни интересува? Мога да завъртя тази молекула отзад. Какво значение изобщо има това? Ами просто е интересно, че можеш да промениш, че можеш да завъртиш нещата около предния атом... без да е нужно предната молекула да се завърти. Но по-важно е, че тези имат различни енергийни нива, така че можеш да ги разглеждаш като една усукана пружина, която иска да премине от едната конформация или към другата. За да го визуализирам още по-добре, ще нарисувам т.нар. Нюмънова проекция. Ще представя същото нещо с проекцията на Нюмън, където ще представим въглеродните атоми точно един зад друг. В този случай рисуваме въглеродната молекула отпред, което всъщност е просто едно сечение на тези връзки. Нека да направя проекцията на Нюмън. Това е проекцията на Нюмън и ще започна със скосената конформация. Отпред... считаме, че този въглерод е отред.... и имаме един водороден атом точно надолу. След това имаме водород, който е тук горе вляво. И после имаме този водород тук надясно. Искам да бъде в същия цвят. Значи първият въглерод е в центъра на сечението на връзките с тези три водорода. Задният въглерод... Казахме, че предният въглерод е в пресечната точка на връзките с тези три водорода, задният въглерод ще представим като окръжност. Тази окръжност е задният въглерод. Предният въглерод е някъде тук. Това е начин за представяне. Но ако го правим по този начин, задният въглерод има този син водород, който изскача от него. Това са този син водород, този зелен водород и този розов водород. И сега като го погледнеш така, става по-ясно, че е скосен. Гледаме отстрани етановата молекула. Когато я погледнем отстрани, предният въглерод очевидно закрива другия въглерод. Но виждаш как водородите на предния въглерод са някак изместени, скосени спрямо задните водородни атоми. Пак повтарям, това е скосената конформация. Сега ще направя засенчената конформация в Нюмънова проекция. При Нюмъновата проекция предния въглерод изглежда по същия начин. Имаме водород тук, имаме този водород тук и после този, и после имаме този син, или лилав водород тук долу. Това е изглед отпред. Но отзад, те са точно зад тях. Нека да направя задния въглерод. Предният водород го правим нещо като точка. Задният въглерод представяме ето така. При засенчената конформация тези водороди трябва да ги нарисуваме точно отзад, нещо такова. Но понеже това е малко по-разхвърляно, когато хората рисуват засенчената конформация, използват Нюмънова преекция. Вместо директно да засенчат този заден водород, те го слагат мъничко вдясно, мъничко го изместват. Това е този водород. Розовият водород е тук. Той е точно зад предния, но го показваме така, за да се вижда. И остана синият водород долу. Този син ще бъде точно тук. Това е засенчената конформация чрез Нюмънова проекция. Виждаш, че те се засенчват. Задните водороди са засенчени от предните. И ако го направим перфектно, те няма да се виждат зад тях. Сега искам да те запозная с още нещо, това е понятието за ъгъл между различните водородни атоми. Какъв е този ъгъл? Това ъгълът между този синият и този розовият водород ли е? Когато го разглеждаш в три измерения, тогава е трудно да се каже ъгълът между синият и розовият атом. Но когато погледнеш Нюмъновата проекция, можеш да видиш колко са завъртяни един спрямо друг, и този ъгъл се нарича дихедрален ъгъл. Понякога се казва, че този водород спрямо този водород има дихедрален ъгъл примерно 60 градуса. В този случай този водород спрямо този водород има дихедрален ъгъл от нула градуса. Това е начин да се опише колко скосена или засенчена е конформацията. И пак да видим защо това има значение. Всички тези водороди имат електронни облаци около тях, всички тези връзки имат електронни облаци около тях. Тези електронни облаци са отрицателни и те се стремят да са максимално далеч един от друг. Сега те са стабилни, защото са свързани по такъв начин, че има хубава стабилна структура. Всеки от тях се чувства с пълна валентна обвивка, пълни орбитали. И електронните облаци искат да бъдат далеч едни от други. При тази засенчена конформация, този водород и този водород... нека да ги направя... този водород и този водород са по-близко един до друг отколкото при скосената конформация. При скосената конформация най-близкият водород до този ще бъде или този, или този. Но те всички са по-далеч, отколкото при засенчената конформация. Така че скосената конформация ще бъде по-стабилна. Тя ще има по-ниска потенциална енергия. Можеш да си представиш, че ако имаш в началото засенчена конформация, всички тези момчета ще искат да се отдалечат един от друг. Това един вид е "навита" конформация. Има по-голяма потенциална енергия. Тя ще иска да се развие до скосена конформация, защото това е конформацията, при която водородните атоми са максимално отдалечени един от друг.