Pi-връзки и sp2-хибридни орбитали

В последното видео засегнахме идеята за сигма връзка. Ще ти припомня. Ще нарисувам две ядра и една от орбиталите. Да приемем, че това е sp3 хибридизирана орбитала. Тя е на този атом и с този вид голям издатък тук. А този приятел също има sp3 хибридизирана орбитала. Това е малкият издатък, а след това имаме и голям издатък ето така. Сигма връзката е такава връзка, при която има припокриване по посоката, в която са насочени издатъците. Сигурно се чудиш как може да има изобщо друг вид свързване? Другият тип свързване, този ето тук... Нека поясня. Това тук е сигма връзка. Питаш се какво друго свързване би могло да има там, където моите две орбитали се припокриват в посоката, в която са насочени. Другият възможен вид връзка е следният. Представи си, че имаш 2р орбитали. Нека нарисувам ядрото на два атома. Ще нарисувам и една от р орбиталите на всеки от тях. Да приемем, че това е ядрото и сега ще нарисувам техните р орбитали. р орбиталата има формата на дъмбел. Нека ги нарисувам малко по-близо една до друга. р орбиталата има формата на дъмбел (гира). Ще нарисувам една от р-орбиталите на този атом. Ще го нарисувам малко по-голям, ще разбереш защо след малко. Една от неговите р орбитали – ето тук. Изглежда така. А този приятел ето тук също има р орбитала, която е успоредна на тази р орбитала, тоест изглежда ето така. Ето така. Нека нарисувам тази другата малко по-права. Искам да се припокрива повече, така че изглежда ето така. Схвана идеята. Тук нашите две р орбитали са успоредни една на друга. sp3 хибридизираните орбитали обикновено сочат една към друга. Тук те са успоредни. р орбиталите са успоредни една на друга. Те се застъпват тук горе и тук долу А това е пи връзка. Нека поясня. И това е една пи връзка. Можем да я запишем с гръцката буква пи. пи връзка. Понякога ще видиш това написано просто като "пи" връзка. А тя се нарича пи връзка, тъй като това е гръцката буква за п (p на английски), а ние се занимаваме с р-орбитали, които се застъпват. Сигма връзките се образуват, когато имаме единична връзка. Те са по-силни, отколкото пи връзките. пи връзките се образуват, когато имаме двойни или тройни връзки върху сигма връзка. За по-добра визуализация как става това, нека помислим за етена. Неговата структурна формула изглежда ето така. Имаме въглерод свързан с двойна връзка с друг въглерод. Всяко от тези приятелчета е свързано с по два водородни атома. Нека нагледно представя как би изглеждало, за да можем възможно най-добре да си представим как биха изглеждали орбиталите около въглеродния атом. Ще начертая сега. Най-напред ще представя sp2 хибридизираните орбитали. Нека изясня какво се случва тук. Когато говорим за метан, който е просто 1 въглероден атом, свързан с 4 водородни... За да изглежда леко триизмерно с тетраeдърна структура, мога да го начертая така. Този водород сочи леко навън. Този водород е сякаш в равнината на страницата, а след това този водород е зад нея, и бихте имали един водород, който се издига. Това е метан. Видяхме, че всички тези са sp3 хибридизирани орбитали около въглерода и всяка образува сигма връзка с един от водородните атоми. Видяхме това в последното видео. След това визуализирахме неговата електронна конфигурация. За да се случи това, електронната конфигурация на въглерода при свързване в метан трябваше да изглежда ето така. Трябваше да изглежда като 1s2. След това, вместо да имаме 2s2 и след това 2р2, всъщност имаме... нека по-добре опитам по този начин, Ще напиша така. В 1s имахме два електрона, а след това вместо в 2s да имаме два електрона и на всяко р да имаме по един, s и p се смесиха и получихме 2sp3 хибридизирана орбитала, друга 2sp3 хибридизирана орбитала, друга 2sp3 хибридизирана орбитала, а след това друга, sp3. Когато въглеродният атом е самостоятелен, бихме очаквали 2s тук, след което бихте имали 2р в посока х, 2р в посока у, след което и 2р в посока z. Но както видяхме в последното видео, всички те се смесват и имат 25% s-характер и 75% р-характер, когато въглеродът се свързва в метан и електроните един вид се отделят в тази ситуация. Когато разглеждаме въглеродните атоми в етена. Помни, че eт- е за два въглеродни атома, а -ен е защото разглеждаме алкен. Тук имаме двойна връзка. В тази ситуация електронната конфигурация на въглерода, когато се свързва в етен, изглежда по-скоро по този начин. Имаме 1s орбиталата изцяло запълнена. Тя има два електрона. Но след това във втория слой... Ще направя в различен цвят. Във втория слой... Ей сега ще ти покажа какво имам предвид. Нарочно не изписвам s или р. Ще имаме четири електрона, точно като предния път. Все още образуваме четири връзки. Така ще имаме тези четири свободни електрона. Все още образуваме една, две, три, четири връзки за всеки от въглеродните атоми, така че те ще бъдат отделени. Но в тази ситуация, вместо всички те да бъдат смес, нещо като една част s, три части р, s се смесва с две от р орбиталите. По този начин имаме 2sp2 орбитала. Представи си, че s орбиталата се смесва с две от р орбиталите. Сега тя е една част s, две части р. След това една от р орбиталите остава самостоятелна. А тази р орбитала е нужно да бъде самостоятелна, тъй като тя ще бъде отговорна за пи връзката. Ще видим, че пи връзката прави нещо много интересно с молекулата. Не ѝ позволява да се върти около оста на връзката. Ще разбереш какво имам предвид след малко. Да видим дали мога да нарисувам в три измерения всеки от тези въглеродни атоми. Нека го направя в различен цвят. Имаме този въглерод ето там. Да кажем, че това е ядрото. Ще сложа знак С, за да знаеш с кой въглерод се занимаваме. Можеш да приемеш, че това е 1s орбиталата, тя е наистина малка точно около въглерода. И след това имаме тези хибридизирани орбитали, 2sp2 орбиталите – всички те ще бъдат с плоска структура и ще образуват триъгълник, или може би знака на мира. Ще се опитам да го представя триизмерно тук. Имаме една орбитала, която е леко излиза навън. След това една, която леко влиза навътре. Те имат друг издатък, от другата страна, но няма да ги рисувам. Ще усложни рисунката. Все още имат характеристиките на р орбитала, значи ще имат две издатини, като едната е по-голяма от другата. След това има една, която може да навлиза в тази страна. Прилича на знака на Мерцедес, ако нарисуваме кръг около него. Това тук е въглеродът. И той е свързан с водородни атоми. Имаме този водород там. А този водород може да е разположен точно тук. Той има само един електрон в неговата 1s орбитала. Този водород пък е тук горе. Разположен е точно там. А сега нека нарисувам този въглерод. Този въглерод ще бъде разположен... ще ги нарисувам доста близо един до друг. Този въглерод ще бъде разположен точно там. Той има своята 1s орбитала. Те имат абсолютно еднаква електронна конфигурация. Той има своята 1s орбитала точно около него, а другият има съвсем същата конфигурация. Във всеки от тези приятелчета... досега нарисувах само първите три. Все още не съм нарисувал тази нехибридизирана р орбитала. Ще го направя след малко. Но нека нарисувам връзките. Най-напред има тази връзка точно тук, която е sp2 хибридизирана връзка. Нека я направя в същия цвят. Имаме тази връзка тук, която е sp2 хибридизирана връзка. Ето така. И забележи, че това е сигма връзка. Те се застъпват в посоката, в която сочат. Така най-добре си го представям. И след това има тези два водородни атома. Този тук има това приятелче отзад, и след това има един отпред. Ще го нарисувам по-голямо, така че да сочи към нас. След това имаме този водород, разположен ето там. А това също са сигма връзки, просто за да бъдем съвсем наясно. Това е s орбитала, която се застъпва с sp2 орбитала, но те някак се застъпват в посоката, в която са насочени; по продължение на посоката на двата атома. Това е сигма връзка, а след това имаме водород от задната страна, който също ще образува сигма връзка. Всичко, което нарисувах до момента е сигма връзка. Тоест това и това. Не искам да правя и тази картинка. Просто ще сложа сигма връзка там, сигма връзка там, сигма връзка там, сигма, сигма. До момента нарисувах тази връзка, тази връзка, тази връзка, тази връзка и тази връзка. Всички тези са сигма връзки. Така, какво се случва с тази последна р орбитала за всяко от тези приятелчета? Е, това ще бъде леко отдалечаване от равнината на знака на Мерцедес, но е най-добрият начин, по който мога да я опиша. Да видим дали мога да го направя в цвят, който все още не съм използвал. Може би в лилаво. Представи си чиста р орбитала. Чиста р орбитала, ще трябва да я нарисувам още по-голяма от тази, всъщност. Чиста р орбитала, тя обикновено не би била толкова голяма спрямо останалите неща, но трябва да ги направя така че да се застъпват. Това е чиста р орбитала, която си представи как навлиза в оста z. Останалите орбитали са в х, у равнина, подобна на знака на Мерцедес. И сега имаме оста z, която е право нагоре и надолу, а онези двете в дъното трябва да се застъпят, така че ще ги направя по-големи. Тази изглежда ето така, а тази изглежда ето така. И те са право нагоре и надолу. Забележи, сега те се застъпват. Така тази връзка ето тук е тази връзка. Нямаше как да ги нарисувам в двата случая, но ето това е втората връзка. И така, какво се случва сега със структурата? Искам да е съвсем ясно. Тази ето тук е пи връзка, а тази ето тук е същата пи връзка. Това е ето това приятелче ето тук. Това е втората връзка в двойната връзка. Какво се случва тук? Самостоятелно това би била по-слаба връзка, но тъй като вече имаме сигма връзка, която кара тези молекули да се приближават една към друга, тази пи връзка ще ги приближи още повече. Това разстояние ето тук е по-близо, отколкото ако просто имахме единична сигма връзка там. Освен това наистина интересен факт е, че ако просто имахме сигма връзка тук, и двете молекули биха се въртели около свързващата ос. Те биха могли да се въртят около свързващата ос, ако там имахме само една сигма връзка. Но тъй като имаме тези пи връзки, които са успоредни една на друга, застъпват се и са заключени в тази конфигурация, вече не могат да се въртят. Ако една от тези молекули се върти, другата ще се върти заедно с нея, тъй като са скачени една към друга. Тоест тук пи връзката прави тази двойна въглерод-въглерод връзка неподвижна, тоест не може едната молекула да се върти, размествайки тези два водородни атома, без другата молекула да се завърти с нея. Тоест няма да можем да завъртаме конфигурациите на водородните атоми спрямо другата страна. Това е заради пи връзката. Надявам се, това ти даде добро обяснение за разликата между сигма и пи връзка. А ако ти е любопитно как е при етина... Ще си направя място тук. Как ще е при етина? Това досега беше пример за етен, етинът изглежда ето така. Имаме тройна връзка. Всяка страна сочи към един водород. В този случай тези първи връзки са сигма връзки. Те всъщност са sp хибридизирани. 2s орбиталата се смесва само с една от р орбиталите, така че тези са sp хибридизирани орбитали, които образуват сигма връзки. Тоест всички тези ето тук. А тези и двете... нека го нарисувам в различен цвят. И двете са пи връзки. За да си го представиш, представи си друга пи връзка, която един вид излиза от страницата и друга ето тук, която излиза от страницата, и в страницата. Извън и навътре в страницата. Те също се застъпват, и имаме един водород, който сочи навън във всяка посока. Може би ще направя друг видео урок по темата. Е, надявам се, не те обърках прекалено...