sp хибридизация

Във видеото за sp³-хибридизацията видяхме въглероден атом, който е свързан с 4 други атома, а във видеото за sp²-хибридизацията видяхме въглероден атом, свързан с 3 други атома. В това видео ще говорим за типа хибридизация, който се получава, когато въглеродният атом е свързан с 2 други атома. Да погледнем този въглероден атом от молекулата на етина (или ацетилена). Този въглерод е свързан с водород и освен това е свързан само с още един въглероден атом. Тук имаме въглероден атом, свързан само с два атома. Формата на молекулата на ацетилена е определена като линейна. Имаме линейна геометрия. Тук също има ъгли на връзките: те са по 180 градуса. Това изисква различен тип хибридизация за този въглероден атом. Геометрията е различна: различен ъгъл на връзката и различен брой атоми, свързани с въглерода. За да намерим новия тип хибридизация, ще погледнем електронната конфигурация във вече възбудено състояние. Тук са показани четирите валентни електрона на въглерода във възбудено състояние. един, два, три, четири. Искаме да получим две хибридни орбитали, тъй като въглеродът е свързан с два атома. ще вземем s-орбиталата и ще увеличим нейната енергия, а отгоре ще смъкнем този път само една p–орбитала. Имаме s-орбитала с един електрон. Също и p-орбитала с един електрон. Остават още две p-орбитали. Всяка от тях също има по един електрон. Запазихме четирите валентни електрона на въглерода, но вече нямаме s-орбитала, защото ще я хибридизираме с една p-орбитала, за да получим sp-хибридна орбитала. Това вече няма да е p-орбитала, защото ще бъде хибридизирана, за да образува sp-хибридна орбитала. Това се нарича sp-хибридизация. Името идва от комбинирането в новите хибридни орбитали на една s-орбитала и една p-орбитала. Този въглероден атом е sp-хибридизиран, тъй като е свързан с два атома, другият въглероден атом също е sp-хибридизиран. Сега да помислим за формата на новите sp-хибридни орбитали. Трябва ми място за рисуване. Да повторим: знаем, че s-орбиталата има форма на сфера. Комбинираме една s-орбитала с една p-орбитала, която има форма на гиричка. Хибридизираме тези две орбитали, за да получим две нови хибридни орбитали. Две sp-хибридни орбитали. Сега ще нарисувам sp-хибридна орбитала. И тук, когато я изобразяваме, ще пропускаме малката издутина. Когато я използваме за чертежа, ще ни е достатъчна по-голямата фронтална издутина. Сега да намерим процентите на s-характера. Използвали сме една s-орбитала и една p-орбитала. Това означава, че имаме 50% s-характер и 50% p-характер. Тук s-характерът е повече, отколкото при предишните хибридизации. Във видеото за sp³-хибридизацията говорехме за 25% s-характер, при sp²-хибридизацията имахме около 33% s-характер, а в тези хибридни орбитали тук имаме още повече s-характер, достигащ до 50% и тъй като електронната плътност на една s-орбитала е с по-голяма плътност в по-голяма близост до ядрото, отколкото при p–орбиталата, това означава, че тази издутина има по-голяма електронна плътност по-близо до ядрото, което обяснява защо атомните връзки стават все по-къси, когато се увеличава s-характерът. Общото правило гласи, че с увеличаване на s-характера се получават по-близки връзки, тъй като хибридните орбитали стават по-малки. Да се върнем на формулата на етина (ацетилена). Да опитаме да начертаем формата му. Знаем, че и двата въглеродни атома в ацетилена са sp-хибридизирани. Да се върнем тук долу и да начертаем набързо структурната формула. Имаме ацетилен. Два атома въглерод, свързани чрез тройна връзка. Знаем, че всеки от тях е в sp-хибридно състояние. Тъй като всеки въглерод е sp-хибридизиран, то всеки има по две sp-хибридни орбитали. Ще нарисувам първата sp-хибридна орбитала. Пропускам по-малката издутина. Ето и другата sp-хибридна орбитала на този въглерод. Да погледнем отново графиката. Всеки въглероден атом, ще отбелязвам с червено, в sp-хибридно състояние има тази sp-орбитала с един валентен електрон в нея, нарисували сме я, после има още една такава: втора sp-хибридна орбитала с един валентен електрон в нея. Ще отбележа и другия електрон в неговата хибридна орбитала. Забележи също, че в случая на sp-хибридизиран въглероден атом остават и две p-орбитали. Две нехибридни p-орбитали. Всяка p-орбитала е с по един валентен електрон. Сега ще начертая и тях. Ето една p-орбитала. Тя има един валентен електрон; ето и другата p-орбитала с още един валентен електрон. Това е илюстрация на sp-хибридизиран въглерод. Да речем, че това е левият въглероден атом от формулата. Сега да нарисуваме и десният въглероден атом. Той също е sp-хибридизиран. Следователно и той има sp-хибридна орбитала с един валентен електрон, после още една sp-хибридна орбитала с един валентен електрон. Все пак, този въглерод е sp-хибридизиран. Да си припомним графиката: този атом ще има също и p-орбитала с валентен електрон и още една p-орбитала с още един електрон в нея. Сега да нарисуваме и тези p-орбитали. Това е едната, с нейния електрон, а това е другата p-орбитала с един електрон в нея. И накрая остана да добавим водорода. Имаме по един водороден атом от двете страни. Знаем, че водородът има един валентен електрон в нехибридна s-орбитала. Отбелязвам и втория водороден атом с един валентен електрон в нехибридната му s-орбитала. Вече можем да анализираме връзките. Знаем, че когато орбиталите се срещат челно, както е тук, това е сигма-връзка. Тук имаме една сигма-връзка. Тук също има челно припокриване на орбитали между двата въглеродни атома. Това също е сигма-връзка. И тук също има челно припокриване на орбитали. Това е още една сигма-връзка. Общо има три сигма-връзки в молекулата на ацетилена (етина). Във видеото за sp²-хибридизацията видяхме как се образува пи-връзка. При нея орбиталите се припокриват странично. Тук имаме една пи-връзка. Имаме взаимодействия отгоре и отдолу. Това е едната пи-връзка, а това е другата по-връзка. Тук има странично припокриване на орбитали, стават общо 2 пи-връзки. В молекулата на ацетилена има две пи-връзки. Да погледнем отново структурната формула. Видяхме, че връзката между този въглероден атом и този водороден атом е сигма-връзка. Видяхме още една сигма връзка между двата въглеродни атома. Ще отбележа чертичката по средата като сигма-връзка. И накрая и тази връзка тук също е сигма-връзка. Това са нашите три сигма-връзки. Но тук имаме тройна връзка. В нея са и двете пи-връзки. Две от тези три са пи-връзки. Общо имаме две пи-връзки и три сигма-връзки в молекулата на ацетилена. Помни, че пи-връзките пречат на свободното въртене. Не можем да завъртим около тройната връзка двата въглеродни атома поради пи-връзките. Тройната връзка не позволява въртене. Имаме линейна геометрия. Ще начертая права линия, за да изразя линейната геометрия на молекулата. Сега да видим дължинитие на връзките. Разстоянието между тези два въглеродни атома, ще ги отбележа с очертаване; Разстоянието между двата въглеродни атома възлиза на приблизително 1,20 ангстрьома. Това е по-близка връзка, отколкото в предишните видеа. Това се дължи на по-големия s-характер. По-големият s-характер води до по-малки орбитали, така можем да си представим и по-малкото разстояние на връзката при тройната връзка в сравнение с двойната или с единичната връзка. Дотук покрихме доста материал. Сега можем да начертаем структурната формула още веднъж и да я анализираме чрез стеричното число. Имаме тройна връзка. Ще използваме стеричното число за намиране на типа хибридизирано състояние. Знаем как се намира стеричното число: взимаме броя сигма-връзки, ще направим примера с първия въглероден атом, броят на неговите сигма-връзки е една от тук, още една от тройната връзка, където има и две пи-връзки. Имаме общо две сигма-връзки и никакви свободни електронни двойки. Две плюс нула прави две. Значи нужните хибридни орбитали са две. Те се състоят от една s-орбитала и една p-орбитала. Когато се получи стерично число, равно на 2, това говори за sp-хибридизация. Този въглероден атом е sp-хибридизиран. Също и другият въглероден атом. Така прилагаме стеричното число. Геометрията е линейна с ъгъл на връзката 180 градуса. Да направим още един пример със стерично число за анализ на молекулата. Да вземем молекулата на въглеродния диоксид. Да определим типа хибридизация на въглерода в нея. Като използваме стеричното число, ще разберем типа хибридизация на този въглероден атом. Стеричното число е равно на броя на сигма-връзките плюс този на свободните електронни двойки. Да погледнем двойната връзка между единия кислороден и въглеродния атом. Знаем, че едната от тези връзки е сигма-връзка, видяхме в предното видео. И така, оттук имам една сигма-връзка и от другата двойна връзка имам още една сигма-връзка. Общо стават две сигма-връзки. Свободните електронни двойки около въглеродния атом са нула. Две плюс нула дава стерично число, равно на 2. Ще са нужни две хибридни орбитали за въглерода. Това, разбира се, означава, че този въглероден атом е sp-хибридизиран. Означавам и него като sp-хибридизиран. От това следва, че тази молекула е линейна с ъгъл на връзката от 180 градуса. Да обобщим: стеричното число е един удобен начин за анализ както на хибридизацията, така и на геометрията на молекулата. В следващото видео ще видим няколко примера за органични молекули в различни състояния на хибридизация.