Inżynieria Biomedyczna

Wykład 11
WIĄZANIA CHEMICZNE cd

Plan



Kierunkowość wiązań



Hybrydyzacja



Typy hybrydyzacji



Wiązania podwójne i potrójne

Kierunkowość wiązań



Struktura cząsteczek:



Cząsteczki dwuatomowe – struktura liniowa



Cząsteczki trójatomowe – struktura liniowa lub kątowa



Cząsteczki o więcej niż trzech atomach - struktura

może być trójwymiarowa



Wiązania chemiczne tworzą się w tych kierunkach

przestrzeni, w których prawdopodobieństwo napotkania

elektronów jest duże



Struktura geometryczna cząsteczki jest więc wynikiem

rozkładu prawdopodobieństwa napotkania elektronów w

przestrzeni wokół jąder atomów, które tworzą cząsteczkę



Cząsteczka BeH

2

ma strukturę liniową



H: 1s

1

Be: He2s

2

p

0



Jeżeli energie dwóch bliskich poziomów, np. 2s i 2p są

podobne, to elektrony mogą być

"promowane"

(czyli

wzbudzone) w dość niskiej temperaturze

Kierunkowość wiązań cd

H

Be

H

Stan wzbudzony

Stan podstawowy

2s 2p

Be: He2s

1

p

1

Cząsteczka BeH

2

cd



Atomy wodoru wnoszą do kombinacji liniowej



BeH2

takie same orbitale typu 1s, natomiast beryl orbital

2s i 2p



Powinny więc powstać 2 różne orbitale wiążące typu



(



s

i



s-p

) oraz 2 antywiążące



Z danych eksperymentalnych wynika że długość

wiązań w cząsteczce BeH

2

JEST TAKA SAMA



Co oznacza ze oba wiązania są równocenne

(charakteryzują się taka samą energią)



Hybrydyzacja –czyli mieszanie orbitali

atomowych

Hybrydyzacja



Hybrydyzacja - przekształcenie orbitali, polegające

na „zmieszaniu" dwóch lub więcej orbitali atomowych,

na skutek czego powstają nowe orbitale, posiadające

inny

kształt

i

energię

.



Hybrydyzacja jest operacją matematyczną

ułatwiającą skonstruowanie orbitali wchodzących w

skład kombinacji liniowych (orbitali molekularnych)



Reguły hybrydyzacji:

•

tworzymy kombinację liniową orbitali ("atomu

centralnego") o takiej samej lub zbliżonej energii;

Reguły cd

•

liczba hybrydów jest równa liczbie wziętych do

kombinacji O.A., których jednakowy udział w

kombinacji bierzemy pod uwagę;

•

efektem kombinacji są hybrydy o jednakowych

funkcjach radialnych, a funkcje kątowe różnią się

tylko kierunkiem (mają jednakowy kształt);

•

przy udziale orbitali zhybrydyzowanych tworzą się

wyłącznie orbitale cząsteczkowe (wiązania) typu σ

;



jedno

wiązanie chemiczne tworzy się przy udziale

kilku

orbitali jednego z atomów ...



wiązania mają charakter

skierowany

w pewnym

określonym kierunku w przestrzeni



Cząsteczka BeH

2

ma strukturę liniową



H: 1s

1

Be: He2s

2

p

0



Jeżeli energie dwóch bliskich poziomów, np. 2s i 2p są

podobne, to elektrony mogą być

"promowane"

(czyli

wzbudzone) w dość niskiej temperaturze

Kierunkowość wiązań cd

H

Be

H

Stan wzbudzony

Stan podstawowy

2s 2p

Be: He2s

1

p

1

Cząsteczka BeH

2

-hybrydyzacja sp

Powstają dwie jednakowe

hybrydy, leżące na osi x

skierowane względem

siebie pod kątem 180º -

można je wykorzystać w

kombinacji liniowej do

utworzenia wiązań z

innymi atomami ...



1



2

H

H

promowany

Be

H H

hybrydyzacja

sp

- liniowa

(dygonalna)



Udział biorą orbitale: 1 orbital typu s i 1 orbiral typu p



Wynikiem hybrydyzacji są 2 orbitale zhybrydyzowane o

symetrii



Hybrydyzacja liniowa występuję w cząsteczkach BeCl

2

,

BeH

2

, CO

2

Hybrydyzacja sp

2

(dla

BF

3

)

B: 1s

2

2s

2

p

1

,

F

: 1s

2

2s

2

p

5

,

Trzy hybrydy utworzone przez orbitale 2s, 2px i

2py atomu boru tworzą wiązania z trzema

orbitalami 2px fluoru. Elektrony orbitali 2s oraz

2py i 2pz atomów fluoru, prostopadłych do

płaszczyzny xy lub osi wiązania nie biorą udziału w

wiązaniu B-F.

F F F

Cząsteczka BF

3

jest trójkątna i

płaska



1



2



3

120

o

120

o

120

o

Hybrydyzacja sp

3

Powstają cztery jednakowe hybrydy,

skierowane ku narożom czworościanu

foremnego (tetraedru) - można je

wykorzystać w kombinacji liniowej do

utworzenia wiązań z innymi atomami

...

C: 1s

2

2s

2

2p

2

H: 1s

1



1



2



3



4

H H H H

Hybrydyzacja sp

3



Przyjmując hybrydyzację sp

3

można również wyjaśnić

kształt cząsteczek amoniaku NH

3

.



Hybrydyzacji ulegają orbitale atomów N.

NH

3

N:1s

2

2s

2

p

3

H:1s

1



1



2



3

H H H

„wolne”

elektrony

„wolne” elektrony

Hybrydyzacja sp

3



W przypadku cząsteczki H

2

O hybrydyzacji ulegają

orbitale atomów O.

H

2

O

O:1s

2

2s

2

p

4

,

H:1s

1



1



2

H H

„wolne”

elektrony

Hybrydyzacja cd



Hybrydyzacja dsp

3

- bipiramida

trygonalna

Przykładem zastosowania hybrydyzacji

dsp3 (sp3d) jest wytłumaczenie kształtu

cząsteczki

PCl

5

. Orbitale

zhybrydyzowane tworzą pięć orbitali

typu σ z orbitalami 2px atomów chloru.

Elektrony orbitali 2s, 2py i 2pz atomów

chloru nie biorą udziału we wiązaniu

(tworzeniu orbitali cząsteczkowych.



Hybrydyzacja d

2

sp

3

-

oktaedryczna

Przykładem zastosowania hybrydyzacji

d

2

sp

3

(sp

3

d

2

) jest wytłumaczenie kształtu

cząsteczki SF6, powstaje sześć orbitali

zhybrydyzowanych, z których tworzy się

sześć orbitali molekularnych