Валентные состояния атома углерода. Гибридизация атомных орбиталей.
Для объяснения фактов, когда атом образует большее число связей, чем число неспаренных электронов в его основном состоянии (например, атом углерода), используется постулат о гибpидизации близких по энергии атомных орбиталей. Гибридизация атомных орбиталей (АО) происходит при образовании ковалентной связи , если при этом достигается более эффективное перекрывание орбиталей.
Гибридизация атома углерода сопровождается его возбуждением и переносом электрона с 2s- на 2р-орбиталь:
Схематически:
- sp3- Гибридизация (тетраэдрическая)
Одна s- и три р-орбитали смешиваются, и образуются четыре равноценные по форме и энергии sp3-гибридные орбитали.
Оси sp3-гибридных орбиталей направлены к вершинамправильного тетраэдра. Тетраэдрический угол междуними равен 109°28', что соответствует наименьшей энергии отталкиванияэлектронов.
sp3-орбитали могут образовывать четыре σ-связи с другими атомами или заполняться неподеленными парами электронов.
- sp2 - Гибридизация (плоскостно-тригональная)
Одна s- и две p-орбитали смешиваются, и образуются три равноценные sp2-гибридные орбитали , расположенные в одной плоскости под углом 120° (выделены синим цветом). Они могут образовывать три σ-связи. Третья р-орбиталь остается негибридизованной и ориентируется перпендикулярно плоскости расположения гибридных орбиталей. Эта р-орбиталь участвует в образовании π-связи.
- sp - Гибридизация(линейная)
Одна s- и одна р-орбиталь смешиваются, образуя две равноценные sp-орбитали , расположенные под углом 180, т.е. на одной оси.
Гибридные sp-орбитали участвуют в образовании двух σ-связей . Две р-орбитали не гибридизованы и расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Эти p -орбитали образуют в соединениях две π-связи.
Образование связей атомом углерода сопровождается его гибридизацией:
-
sp3- Гибридизация атома углерода в молекуле, если он связан с 4-мя атомами,
sp2- Гибридизация атома углерода при связях с 3-мя атомами
-
sp - Гибридизация атома углерода, если он образует связи с 2-мя атомами.