Vispārējā un BIOorganiskā ķīmija

(lekciju piezīmes)

2. daļa. Organiskā ķīmija

Medicīnas fakultātes specialitātes "Zobārstniecība" 1.kursa studentiem

Krievijas Tautu draudzības universitātes izdevniecība,

APSTIPRINĀTS

RIS Akadēmiskā padome

Krievijas Tautu draudzības universitāte

Kovaļčukova O.V., Avramenko O.V.

Vispārējā un bioorganiskā ķīmija (lekciju konspekti). 2. daļa. Organiskā ķīmija. Medicīnas fakultātes specialitātes “Zobārstniecība” 1.kursa studentiem. M.: Izdevniecība RUDN, 2010. 108 lpp.

Lekciju konspekti Medicīnas fakultātes specialitātes “Zobārstniecība” 1. kursa studentiem. Sastādīts saskaņā ar kursu programmu "Vispārīgā un bioorganiskā ķīmija".

Sagatavots Vispārējās ķīmijas katedrā.

© Kovaļčukova O.V., Avramenko O.V.

© Krievijas Tautu draudzības universitātes izdevniecība, 2010

IEVADS

Bioorganiskā ķīmija ir ķīmijas nozare, kas ir cieši saistīta ar tādām speciālām universitāšu medicīnas fakultāšu disciplīnām kā bioķīmija, farmakoloģija, fizioloģija, molekulārā bioloģija. Tā ir zinātnes nozare, kas pēta bioloģiski aktīvo molekulu uzbūvi un funkcionēšanas mehānismus no perspektīvas un idejām. organiskā ķīmija, kas nosaka modeļus attiecībās starp struktūru un reaktivitāte organiskie savienojumi.

Galvenā uzmanība šajā lekciju kursā tiek pievērsta organisko savienojumu klasifikācijai pēc oglekļa skeleta uzbūves un funkcionālo grupu rakstura, likumiem, kas sasaista organisko molekulu ķīmisko uzbūvi ar to reakcijas centru raksturu, saistību. to elektronisko un telpisko struktūru ar ķīmisko transformāciju mehānismiem.

ORGANISKO SAVIENOJUMU ĶĪMISKĀS STRUKTŪRAS TEORIJA

Organiskie savienojumi- tie ir oglekļa savienojumi (izņemot vienkāršākos), kuros tam piemīt IV valence.

Organiskā ķīmija– tā ir ogļūdeņražu un to atvasinājumu ķīmija.

Oglekļa atoms organiskajos savienojumos ir ierosinātā stāvoklī, un tam ir četri nepāra elektroni:

6 С 1s 2 2s 2 2p 2 → 6 С* 1s 2 2s 1 2p 3

Oglekļa atoms ierosinātā stāvoklī spēj:

1) veido spēcīgas saites ar citiem oglekļa atomiem, kas noved pie ķēžu un ciklu veidošanās;

2) sakarā ar dažādi veidi orbitāļu hibridizācija, veidojot vienkāršas, dubultās un trīskāršās saites starp oglekļa atomiem un ar citiem atomiem (H, O, N, S, P utt.);

3) apvienoties ar četriem dažādiem atomiem, kā rezultātā veidojas sazarotas oglekļa ķēdes.

Oglekļa atomu hibridizācijas veidi organiskajos savienojumos

sp 3 – hibridizācija

Visas četras valences orbitāles ir iesaistītas hibridizācijā. Saites leņķis 109 o 28’ (tetraedrs). Oglekļa atomi veido tikai vienkāršas (σ) saites – savienojums ir piesātināts.

sp 2 – hibridizācija

Izveidojas trīs hibrīda un viena nehibrīda orbitāle. Saites leņķis 120° (plakanas konstrukcijas, regulārs trīsstūris). Hibrīdās orbitāles veido σ saites. Nehibrīdās orbitāles veido p-saites. sp 2– Hibridizācija ir raksturīga nepiesātinātiem savienojumiem ar vienu p-saiti.

sp – hibridizācija

Tiek veidotas divas hibrīdas un divas nehibrīdas orbitāles. Saites leņķis 180° (lineāras struktūras). Oglekļa atoms atrodas stāvoklī sp-hibridizācija piedalās divu dubultsaišu vai vienas trīskāršās saites veidošanā.

Organisko savienojumu uzbūves teorija 1861. gadā formulēja A.M. Butlerovs un ietver šādus noteikumus:

1. Visi atomi, kas veido molekulu, ir savienoti viens ar otru stingri noteiktā secībā atbilstoši to valencei. Secība, kādā atomi tiek apvienoti molekulā, nosaka to ķīmiskā struktūra .

2. Organisko savienojumu īpašības ir atkarīgas ne tikai no vielu kvalitatīvā un kvantitatīvā sastāva, bet arī no to savienošanās kārtības (molekulas ķīmiskās struktūras).

3. Atomi molekulā savstarpēji ietekmē viens otru, t.i. atomu grupu īpašības molekulā var mainīties atkarībā no citu molekulu veidojošo atomu rakstura. Atomu grupa, kas nosaka ķīmiskās īpašības sauc organiskās molekulas funkcionālā grupa .

4. Katram organiskajam savienojumam ir tikai viens ķīmiskā formula. Zinot ķīmisko formulu, jūs varat paredzēt savienojuma īpašības, un, pētot tā īpašības praksē, varat noteikt ķīmisko formulu.

Organiskā molekula

Oglekļa skeleta veidi:

Aciklisks:

· sazarots;

· normāls (lineārs).

Cikliski:

Karbociklisks (tikai oglekļa atomu cikls);

· heterociklisks (papildus oglekļa atomiem ciklā ietilpst daži citi atomi – slāpekļa, skābekļa, sēra).

Ogļūdeņražu ķēdes oglekļa atomu veidi:

H3C-CH2-CH-C-CH3

Primārie oglekļa atomi (savienoti ķēdē tikai ar vienu oglekļa atomu, ir gala);

Sekundārais oglekļa atoms (savienots ar diviem blakus esošajiem oglekļa atomiem, atrodas ķēdes vidū);

terciārais oglekļa atoms (atrodas oglekļa ķēdes atzarā, savienots ar trim oglekļa atomiem);

Kvartārais oglekļa atoms (nav aizvietotāju, izņemot oglekļa atomus).

Funkcionālā grupa– īpaša grupa atomi, kas nosaka savienojumu ķīmiskās īpašības.

Piemēri funkcionālās grupas:

-VIŅŠ–hidroksilgrupa (spirti, fenoli);

C=O– karbonilgrupa (ketoni, aldehīdi);

AR- karboksilgrupa ( karbonskābes);

-NH2 - aminogrupa (amīni);

-SH - tiola grupa (tiospirti)

organiskais savienojums

savienojums

īpašības

ķīmiskā struktūra

Atomi, kas veido organiskais savienojums, var dažādos veidos apvienoties molekulās. Piemēram, savienojumam ar sastāvu C 2 H 6 O var būt divi ķīmiskie savienojumi, kam ir dažādas fizikālās un ķīmiskās īpašības:

Savienojums organiskais savienojums - atomu skaits dažādi elementi iekļauts tās molekulā. Izomēri– savienojumi, kuriem ir vienāds sastāvs, bet atšķirīga ķīmiskā struktūra. Izomēriem ir dažādas ķīmiskās īpašības.

Izomērijas veidi

STRUKTURĀLAIS IZOMĒRISMS

Oglekļa ķēdes izomērija:

Vairāku saišu pozīcijas izomērisms:

Starpklases izomerisms:

STEREOIZOMĒRISMS

Ģeometriski(telpiskais, cis-trans- savienojumu ar dubultsaitēm izomērija):

cis-butēns-2	transs-butēns-2

Ģeometriskā izomērija ir iespējama, ja katram no dubultās saites veidošanā iesaistītajiem oglekļa atomiem ir dažādi aizvietotāji. Tādējādi butēnam-1 CH 2 =CH–CH 2 –CH 3 ģeometriskā izomērija nav iespējama, jo vienam no oglekļa atomiem pie dubultsaites ir divi identiski aizvietotāji (ūdeņraža atomi).

Ģeometriski(telpiskais, cis-trans-ciklisko robežsavienojumu izomērija):

Ģeometriskā izomērija ir iespējama, ja vismaz diviem oglekļa atomiem, kas veido gredzenu, ir atšķirīgi aizvietotāji.

Optiskais:

Optiskā izomērija ir stereoizomērijas veids, ko izraisa molekulu hiralitāte. Dabā ir savienojumi, kas ir saistīti kā viena cilvēka divas rokas. Viena no šo savienojumu īpašībām ir to nesaderība ar to spoguļattēlu. Šo īpašību sauc par hiralitāti (no grieķu valodas. « Ar mantinieks"- roka).

Molekulu optiskā aktivitāte tiek noteikta, kad tās tiek pakļautas polarizētai gaismai. Ja polarizēts gaismas stars tiek izlaists caur optiski aktīvās vielas šķīdumu, tā polarizācijas plakne griezīsies. Optiskos izomērus apzīmē, izmantojot prefiksus d-

Sp-hibridizācija

sp-hibridizācija notiek, piemēram, Be, Zn, Co un Hg (II) halogenīdu veidošanās laikā. Valences stāvoklī visi metālu halogenīdi satur s un p nepāra elektronus atbilstošā enerģijas līmenī. Kad veidojas molekula, viena s un viena p orbitāle veido divas hibrīda sp orbitāles 180 grādu leņķī.

3. att sp hibrīda orbitāles

Eksperimentālie dati liecina, ka Be, Zn, Cd un Hg(II) halogenīdi ir lineāri un abas saites ir vienāda garuma.

sp 2 hibridizācija

Vienas s-orbitāles un divu p-orbitāļu hibridizācijas rezultātā veidojas trīs hibrīda sp 2 orbitāles, kas atrodas vienā plaknē 120 o leņķī viena pret otru. Tā ir, piemēram, BF3 molekulas konfigurācija:

4. att sp 2 hibridizācija

sp 3 hibridizācija

sp 3 hibridizācija ir raksturīga oglekļa savienojumiem. Viena s orbitāles un trīs hibridizācijas rezultātā

p-orbitāles, veidojas četras hibrīdas sp 3 orbitāles, kas vērstas pret tetraedra virsotnēm ar leņķi starp orbitālēm 109,5 o. Hibridizācija izpaužas kā pilnīga oglekļa atoma saišu līdzvērtība ar citiem atomiem savienojumos, piemēram, CH 4, CCl 4, C(CH 3) 4 utt.

5. att sp 3 hibridizācija

Ja visas hibrīdās orbitāles ir savienotas ar vieniem un tiem pašiem atomiem, tad saites viena no otras neatšķiras. Citos gadījumos ir nelielas novirzes no standarta saites leņķiem. Piemēram, ūdens molekulā H 2 O skābeklis - sp 3 -hibrīds atrodas neregulāra tetraedra centrā, kura virsotnēs “izskatās” divi ūdeņraža atomi un divi vientuļi elektronu pāri (2. att.) . Molekulas forma ir leņķiska, skatoties no atomu centriem. HOH saites leņķis ir 105°, kas ir diezgan tuvu teorētiskajai vērtībai 109°.

6. att sp 3 - skābekļa un slāpekļa atomu hibridizācija molekulās a) H 2 O un b) NCl 3.

Ja nebūtu hibridizācijas (“līdzināšana” O-H obligācijas), HOH saites leņķis būtu 90°, jo ūdeņraža atomi būtu pievienoti divām savstarpēji perpendikulārām p orbitālēm. Šajā gadījumā mūsu pasaule, iespējams, izskatītos pavisam savādāk.

Hibridizācijas teorija izskaidro amonjaka molekulas ģeometriju. Slāpekļa 2s un trīs 2p orbitāļu hibridizācijas rezultātā veidojas četras sp 3 hibrīda orbitāles. Molekulas konfigurācija ir izkropļots tetraedrs, kurā ķīmiskās saites veidošanā piedalās trīs hibrīdorbitāles, bet ceturtā ar elektronu pāri nepiedalās. Leņķi starp N-H saites nav vienāds ar 90° kā piramīdā, bet arī nav vienāds ar 109,5°, kas atbilst tetraedram.

7. att sp 3 - hibridizācija amonjaka molekulā

Amonjakam mijiedarbojoties ar ūdeņraža jonu, donora-akceptora mijiedarbības rezultātā veidojas amonija jons, kura konfigurācija ir tetraedrs.

Hibridizācija arī izskaidro leņķa atšķirību starp O-H savienojumi stūra ūdens molekulā. Skābekļa 2s un trīs 2p orbitāļu hibridizācijas rezultātā veidojas četras sp 3 hibrīda orbitāles, no kurām tikai divas ir iesaistītas ķīmiskās saites veidošanā, kas noved pie tetraedram atbilstošā leņķa deformācijas. .

8. att sp 3 hibridizācija ūdens molekulā

Hibridizācija var ietvert ne tikai s- un p-orbitāles, bet arī d- un f-orbitāles.

Ar sp 3 d 2 hibridizāciju veidojas 6 ekvivalenti mākoņi. To novēro tādos savienojumos kā 4-, 4-. Šajā gadījumā molekulai ir oktaedra konfigurācija.

261. uzdevums.
Kādi oglekļa AO hibridizācijas veidi atbilst CH molekulu veidošanai 4, C 2 H 6, C 2 H 4, C 2 H 2?
Risinājums:
a) CH molekulās 4 un C 2 H 6 Oglekļa atoma valences elektronu slānis satur četrus elektronu pārus:

Tāpēc oglekļa atoma elektronu mākoņi CH 4 un C 2 H 6 molekulās būs maksimāli attālināti viens no otra sp3 hibridizācijas laikā, kad to asis būs vērstas pret tetraedra virsotnēm. Šajā gadījumā CH4 molekulā visas tetraedra virsotnes būs aizņemtas ar ūdeņraža atomi, tādējādi CH4 molekulai ir tetraedriska konfigurācija ar oglekļa atomu tetraedra centrā. C 2 H 6 molekulā ūdeņraža atomi aizņem trīs tetraedra virsotnes, un cita oglekļa atoma kopējais elektronu mākonis ir vērsts pret ceturto virsotni, t.i. divi oglekļa atomi ir saistīti viens ar otru. To var attēlot ar diagrammām:

b) C 2 H 4 molekulā ir oglekļa atoma valences elektronu slānis, tāpat kā CH 4 un C 2 H 6 molekulās. satur četrus elektronu pārus:

Kad veidojas C 2 H 4, pēc parastā mehānisma veidojas trīs kovalentās saites, t.i. ir - savienojumi un viens - - savienojums. Kad veidojas C 2 H 4 molekula, katrā oglekļa atomā ir divi ūdeņraža atomi - saites un divas saites savā starpā, viena - un viena - saites. Šim hibridizācijas veidam atbilstoši hibrīdmākoņi atrodas oglekļa atomā tā, lai elektronu mijiedarbība būtu minimāla, t.i. pēc iespējas tālāk viena no otras. Šāds oglekļa atomu izvietojums (divas dubultsaites starp oglekļa atomiem) ir raksturīgs oglekļa AO sp 2 hibridizācijai. Sp 2 hibridizācijas laikā elektronu mākoņi oglekļa atomos ir orientēti virzienos, kas atrodas vienā plaknē un veido viens ar otru 120 0 leņķus, t.i. virzienos uz regulāra trīsstūra virsotnēm. Etilēna molekulā - saišu veidošanā ir iesaistītas trīs sp 2 -hibrīda orbitāles no katra oglekļa atoma, divas starp diviem ūdeņraža atomiem un viena ar otro oglekļa atomu, un - saite veidojas katras no tām p-elektronu mākoņu dēļ. oglekļa atoms. C 2 H 4 molekulas strukturālā formula izskatīsies šādi:

c) C 2 H 2 molekulā oglekļa atoma valences elektronu slānis satur četrus elektronu pārus:

C 2 N 2 strukturālā formula ir:

Katrs oglekļa atoms ir savienots ar vienu elektronu pāri ar ūdeņraža atomu un trīs elektronu pāriem ar citu oglekļa atomu. Tādējādi acetilēna molekulā oglekļa atomi ir saistīti viens ar otru ar vienu -saiti un divām -saitēm. Katrs oglekļa atoms ir savienots ar ūdeņradi ar saiti. - saišu veidošanā tiek iesaistīti divi sp-hibrīda AO, kas atrodas viens pret otru tā, lai mijiedarbība starp tām būtu minimāla, t.i. pēc iespējas tālāk viena no otras. Tāpēc sp-hibridizācijas laikā elektronu mākoņi starp oglekļa atomiem ir orientēti uz iekšu pretējos virzienos attiecībā vienam pret otru, t.i. leņķis starp S-S savienojumi ir 180 0. Tāpēc C 2 H 2 molekulai ir lineāra struktūra:

262. uzdevums.
Norādiet silīcija AO hibridizācijas veidu SiH 4 un SiF 4 molekulās. Vai šīs molekulas ir polāras?
Risinājums:
SiH 4 un SiF 4 molekulās valences elektronu slānis satur četrus elektronu pārus:

Tāpēc abos gadījumos silīcija atoma elektronu mākoņi būs maksimāli attālināti viens no otra sp 3 hibridizācijas laikā, kad to asis ir vērstas pret tetraedra virsotnēm. Turklāt SiH 4 molekulā visas tetraedra virsotnes aizņem ūdeņraža atomi, bet SiF 4 molekulā - fluora atomi, tā ka šīm molekulām ir tetraedriska konfigurācija ar silīcija atomu tetraedra centrā:

Tetraedriskās molekulās SiH 4 un SiF 4 Si-H un Si-F saišu dipola momenti savstarpēji atceļ viens otru, tādējādi abu molekulu kopējie dipola momenti būs vienādi ar nulli. Šīs molekulas ir nepolāras, neskatoties uz Si-H un Si-F saišu polaritāti.

263. uzdevums.
SO 2 un SO 3 molekulās sēra atoms atrodas sp 2 hibridizācijas stāvoklī. Vai šīs molekulas ir polāras? Kāda ir to telpiskā struktūra?
Risinājums:
Sp 2 hibridizācijas laikā hibrīdmākoņi atrodas sēra atomā virzienos, kas atrodas vienā plaknē un veido 120 0 leņķus savā starpā, t.i. vērsta uz regulāra trīsstūra virsotnēm.

a) SO 2 molekulā divi sp 2 -hibrīdie AO veido saiti ar diviem skābekļa atomiem, trešo sp 2 -hibrīda orbitāli aizņems brīvais elektronu pāris. Šis elektronu pāris nobīdīs elektronu plakni un SO 2 molekula iegūs neregulāra trīsstūra formu, t.i. leņķis OSO nebūs vienāds ar 120 0. Tāpēc SO 2 molekulai būs leņķa forma ar atomu orbitāļu sp 2 hibridizāciju, struktūra:

SO 2 molekulā savstarpēja dipola momentu kompensācija S-O savienojumi nenotiek; šādas molekulas dipola momenta vērtība būs lielāka par nulli, t.i. molekula ir polāra.

b) Stūra SO 3 molekulā visi trīs sp2-hibrīdie AO veido saiti ar trim skābekļa atomiem. SO3 molekulai būs plakana trīsstūra forma ar sēra atoma hibridizāciju sp2:

Trīsstūrveida SO 3 molekulā S-O saišu dipola momenti viens otru dzēš, tā ka kopējais dipola moments būs nulle, molekula ir polāra.

264. uzdevums.
SiF4 mijiedarbojoties ar HF, veidojas stipra skābe H 2 SiF 6, kas disocē H + un SiF 6 2- jonos. Vai reakcija starp CF 4 un HF var noritēt līdzīgi? Norādiet silīcija AO hibridizācijas veidu SiF 6 2- jonos.
Risinājums:
a) Ja tiek ierosināts, silīcija atoms pāriet no stāvokļa 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 uz stāvokli 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 4 3d 0, un elektroniskā struktūra valences orbitāles atbilst diagrammai:

Ierosināta silīcija atoma četri nepāra elektroni var piedalīties četru kovalento saišu veidošanā saskaņā ar parasto mehānismu ar fluora atomiem (1s 2 2s 2 2p 5), katram ir viens nepāra elektrons, veidojot SiF 4 molekulu.

Kad SiF 4 mijiedarbojas ar HF, veidojas skābe H 2 SiF 6. Tas ir iespējams, jo SiF 4 molekulai ir brīvas 3d orbitāles, bet F- (1s 2 2s 2 2p 6) jonam ir brīvi elektronu pāri. Savienojums tiek veikts saskaņā ar donora-akceptora mehānismu, pateicoties elektronu pārim no katra no diviem F - (HF ↔ H + + F -) joniem un SiF 4 molekulas brīvajām 3d orbitālēm. Šajā gadījumā veidojas SiF 6 2- jons, kas ar H + joniem veido skābes molekulu H 2 SiF 6.

b) Ogleklis (1s 2 2s 2 2p 2) var veidot, tāpat kā silīcijs, CF 4 savienojumu, bet oglekļa atoma valences spējas būs izsmeltas (nav nepāra elektronu, brīvu elektronu pāru un brīvu valences orbitāļu valences līmenis). Ierosinātā oglekļa atoma valences orbitāļu struktūras diagramma ir šāda:

Kad veidojas CF 4, visas oglekļa valences orbitāles ir aizņemtas, tāpēc nevar veidoties jons.

SiF 4 molekulā silīcija atoma valences elektronu slānis satur četrus elektronu pārus:

Tas pats tiek novērots CF 4 molekulai. tādēļ abos gadījumos silīcija un oglekļa atomu elektronu mākoņi sp3 hibridizācijas laikā atradīsies pēc iespējas tālāk viens no otra. Kad to asis ir vērstas uz tetraedra virsotnēm:

1930. gadā Sleiters un L. Polings izstrādāja teoriju par kovalento saišu veidošanos elektronisko orbitāļu pārklāšanās dēļ – valences saišu metodi. Šīs metodes pamatā ir hibridizācijas metode, kas apraksta vielu molekulu veidošanos hibrīdu orbitāļu “sajaukšanas” rezultātā (“sajaucas nevis elektroni, bet orbitāles”).

DEFINĪCIJA

Hibridizācija– orbitāļu sajaukšana un to formas un enerģijas izlīdzināšana. Tādējādi, sajaucot s- un p-orbitāles, iegūstam sp, s- un 2 p-orbitāļu hibridizācijas veidu - sp 2, s- un 3 p-orbitāles - sp 3. Ir arī citi hibridizācijas veidi, piemēram, sp 3 d, sp 3 d 2 un sarežģītāki.

Molekulu ar kovalento saiti hibridizācijas veida noteikšana

Hibridizācijas veidu var noteikt tikai molekulām ar kovalentā saite tips AB n, kur n ir lielāks vai vienāds ar diviem, A ir centrālais atoms, B ir ligands. Tikai centrālā atoma valences orbitāles tiek hibridizētas.

Nosakīsim hibridizācijas veidu, izmantojot BeH 2 molekulas piemēru.

Sākotnēji mēs pierakstām centrālā atoma un ligandu elektroniskās konfigurācijas un zīmējam elektronu grafiskās formulas.

Berilija atomam (centrālajam atomam) ir brīvas 2p orbitāles, tāpēc, lai no katra ūdeņraža atoma (liganda) pieņemtu vienu elektronu, lai izveidotu BeH 2 molekulu, tam jāiet ierosinātā stāvoklī:

BeH 2 molekulas veidošanās notiek Be atoma valences orbitāļu pārklāšanās dēļ

* Ūdeņraža elektroni ir norādīti sarkanā krāsā, bet berilija elektroni - melnā krāsā.

Hibridizācijas veidu nosaka tas, kuras orbitāles pārklājas, t.i., BeH 2 molekula atrodas sp - hibridizācijā.

Papildus molekulām ar sastāvu AB n, valences saišu metode var noteikt molekulu hibridizācijas veidu ar vairākām saitēm. Apskatīsim etilēna molekulas C 2 H 4 piemēru. Etilēna molekulā ir daudzkārtēja dubultsaite, ko veido un – saites. Lai noteiktu hibridizāciju, mēs pierakstām elektroniskās konfigurācijas un uzzīmējam molekulu veidojošo atomu elektronu grafiskās formulas:

6 C 2s 2 2s 2 2p 2

Oglekļa atomam ir vēl viena brīva p-orbitāle, tāpēc, lai uzņemtu 4 ūdeņraža atomus, tam jāiet ierosinātā stāvoklī:

Viena p-orbitāle ir nepieciešama, lai izveidotu -saiti (izcelta sarkanā krāsā), jo -saite veidojas, pārklājoties “tīrām” (nehibrīdām) p-orbitālēm. Atlikušās valences orbitāles nonāk hibridizācijā. Tādējādi etilēns atrodas sp 2 hibridizācijā.

Molekulu ģeometriskās struktūras noteikšana

Molekulu, kā arī AB n sastāva katjonu un anjonu ģeometrisko struktūru var noteikt, izmantojot Žilespī metodi. Šīs metodes pamatā ir elektronu valences pāri. Ģeometrisko struktūru ietekmē ne tikai ķīmiskās saites veidošanā iesaistītie elektroni, bet arī vientuļie elektronu pāri. Gillespie metodē katrs vientuļais elektronu pāris ir apzīmēts ar E, centrālais atoms ir apzīmēts ar A un ligands ir apzīmēts ar B.

Ja nav vientuļo elektronu pāru, tad molekulu sastāvs var būt AB 2 (lineāra molekulārā struktūra), AB 3 (plakana trīsstūra struktūra), AB4 (tetraedriska struktūra), AB 5 (trigonāla bipiramīdas struktūra) un AB 6 (oktaedriska struktūra). struktūra). Atvasinājumus var iegūt no pamatstruktūrām, ja liganda vietā parādās vientuļš elektronu pāris. Piemēram: AB 3 E (piramīdveida struktūra), AB 2 E 2 (molekulas leņķiskā struktūra).

Lai noteiktu molekulas ģeometrisko struktūru (struktūru), ir jānosaka daļiņas sastāvs, kuram aprēķina vientuļo elektronu pāru skaitu (LEP):

NEP = ( kopējais skaits valences elektroni – elektronu skaits, ko izmanto, lai izveidotu saites ar ligandiem) / 2

Saitei ar H, Cl, Br, I, F ir nepieciešams 1 elektrons no A, saitei ar O ņem 2 elektronus, bet saitei ar N no centrālā atoma — 3 elektronus.

Apskatīsim BCl 3 molekulas piemēru. Centrālais atoms ir B.

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

NEP = (3-3)/2 = 0, līdz ar to nav vientuļo elektronu pāru un molekulai ir struktūra AB 3 - plakans trīsstūris.

Detalizēta dažādu sastāvu molekulu ģeometriskā struktūra ir parādīta tabulā. 1.

1. tabula. Molekulu telpiskā struktūra

Molekulas formula	Hibridizācijas veids		Molekulas tips	Molekulas ģeometrija
				lineārs
				trīsstūrveida
				tetraedrs
				trigonāla piramīda
				trigonāla bipiramīda
				disfenoīds
				T-veida
				lineārs
				kvadrātveida piramīda

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Vingrinājums	Izmantojot valences saites metodi, nosakiet metāna molekulas (CH 4) hibridizācijas veidu un tās ģeometrisko struktūru, izmantojot Žilespī metodi
Risinājums	6 C 2s 2 2s 2 2p 2

Atomu orbitāļu hibridizācija ir process, kas ļauj mums saprast, kā atomi modificē savas orbitāles, veidojot savienojumus. Tātad, kas ir hibridizācija un kādi tās veidi pastāv?

Atomu orbitāļu hibridizācijas vispārīgie raksturojumi

Atomu orbitāļu hibridizācija ir process, kurā tiek sajauktas dažādas centrālā atoma orbitāles, kā rezultātā veidojas orbitāles ar identiskām īpašībām.

Hibridizācija notiek kovalentās saites veidošanās laikā.

Hibrīdai orbitālei ir bezgalības zīmes vai asimetriskas apgrieztas astoņu figūras izredzes, kas izstieptas prom no atoma kodola. Šī forma izraisa spēcīgāku hibrīdu orbitāļu pārklāšanos ar citu atomu orbitālēm (tīrām vai hibrīdām) nekā tīru atomu orbitāļu gadījumā un izraisa spēcīgāku kovalento saišu veidošanos.

Rīsi. 1. Hibrīda orbītas izskats.

Ideju par atomu orbitāļu hibridizāciju pirmais izvirzīja amerikāņu zinātnieks L. Paulings. Viņš uzskatīja, ka tie, kas ienāk ķīmiskā saite atomam ir dažādas atomu orbitāles (s-, p-, d-, f-orbitāles), tad rezultātā notiek šo orbitāļu hibridizācija. Procesa būtība ir tāda, ka no dažādām orbitālēm veidojas viena otrai līdzvērtīgas atomu orbitāles.

Atomu orbitālās hibridizācijas veidi

Ir vairāki hibridizācijas veidi:

• . Šāda veida hibridizācija notiek, ja tiek sajaukta viena orbitāle un viena p orbitāle. Rezultātā veidojas divas pilnvērtīgas sp orbitāles. Šīs orbitāles atrodas pret atoma kodolu tā, ka leņķis starp tām ir 180 grādi.

Rīsi. 2. sp-hibridizācija.

• sp2 hibridizācija. Šāda veida hibridizācija notiek, ja sajaucas viena s orbitāle un divas p orbitāles. Rezultātā veidojas trīs hibrīda orbitāles, kas atrodas vienā plaknē 120 grādu leņķī viena pret otru.
• . Šāda veida hibridizācija notiek, ja sajaucas viena s orbitāle un trīs p orbitāles. Rezultātā veidojas četras pilnvērtīgas sp3 orbitāles. Šīs orbitāles ir vērstas pret tetraedra augšpusi un atrodas 109,28 grādu leņķī viena pret otru.

sp3 hibridizācija ir raksturīga daudziem elementiem, piemēram, oglekļa atomam un citām IV grupas vielām (CH 4, SiH 4, SiF 4, GeH 4 utt.)

Rīsi. 3. sp3 hibridizācija.

Ir iespējami arī sarežģītāki hibridizācijas veidi, kas ietver atomu d-orbitāles.

Ko mēs esam iemācījušies?

Hibridizācija ir sarežģīts ķīmisks process, kurā dažādas atoma orbitāles veido identiskas (ekvivalentas) hibrīda orbitāles. Hibridizācijas teoriju pirmais izteica amerikānis L. Polings. Ir trīs galvenie hibridizācijas veidi: sp-hibridizācija, sp2-hibridizācija, sp3-hibridizācija. Ir arī sarežģītāki hibridizācijas veidi, kas ietver d orbitāles.