Transcript Document 7807588

Hibridizacija
(s - elektroni)
H2O
O  (1s)2(2s)2(2p)4
2s 2pz
2px
2py
1s
H atom
jezgra O
atoma
2px
1s
_
+
_
+
1s
H atom
2py
Predviđa kut HOH od 900!
Eksperimentalni kut je
104.50!
Kako objasniti?
Još dva primjera:
NH3
CH4
N
H
109.50
H
H
C
H
H
1070
H
900.
Kut između 2p orbitala je
kutovi se razlikuju od toga!
Ovi
H
tetraedarska simetrija!
Svi kutovi su isti!
Pauling i Slater:
Elektroni se ne nalaze u “čistim” s i p orbitalama već dolazi do hibridizacije!
sp hibridi
+
2s
=
2p
_
2s
1
1 
1
1
=
2p
2 
2
položaj jezgre atoma!
hibridi nastaju linearnom kombinacijom
2s i 2p AO-s na istom atomu!
2
2
2s  2 p 
2s  2 p 
ovdje je hibridna orbitala pozitivna
položaj jezgre
atoma
 
i
2
1
j
d   ij
   d  
i
j
ij
Iz ortonormiranosti 2s i 2p orbitala
slijedi ortonormiranost sp hibrida!
ovdje je hibridna orbitala negativna
Karakteristike sp hibrida:
1.
Usmjerenost hibrida 1 i 2 (1 hibrid je
usmjeren prema desno a 2 hibrid prema lijevo)
2.
Kut između 2 sp hibrida je 1800!
Zašto dolazi do hibridizacije?
•2p orbitala ima nešto višu energiju od 2s orbitale. Stoga je potrebno potrošiti
nešto energije da se elektron iz 2s orbitale “promovira” u sp hibrid! To je
negativan doprinos!
• sp hibrid je puno više usmjeren od 2s i od 2p orbitale. Stoga, ako se u smjeru
usmjerenja sp hibrida nalazi orbitala nekog drugog atoma, dolazi do puno jače
kemijske veze nego li u slučaju 2s ili 2p orbitale. To je pozitivan doprinos!
U konačnom balansu pozitivan doprinos je puno jači od negativnog i stoga je
energetski povoljno formiranje hibrida!
Glavni razlog nastajanja hibrida je mala razlika u energiji 2s i 2p
orbitale. Da je ta razlika puno veća, do hibridizacije ne bi dolazilo!
2s i 2p orbitale se mogu kombinirati i u druge
hibride (ne samo sp)
Opčenit način formiranja
hibridnih orbitala:
n
i   cij  j  ci11  ci 2  2    cin  n
j 1
hibridne orbitale
Atomske 2s i 2p orbitale
(na istom atomu!)
hibridne orbitale moraju biti
ortonormirane!
(međusobno ortogonalne i normirane)
   d  
i
j
ij
sp2 hibridi
2
2s, 2px i 2py
y
1
1 
1
x
2 
1
3 
1
3
3
3
2s 
1
2s 
1
kut između sp2 hibrida je 1200!
3
sp3 hibridi
2s, 2px, 2py i 2pz
kut između sp3 hibrida je tetraedarski: 109.50!
primjer: CH4
2s 
6
6
2
2 px
3
2 px 
1
2 px 
1
2
2
2 py
2 py
Formiranje kemijske veze
atoma A i B
prekrivanje orbitala
A
sp
sp2
B
Veza nastala interakcijom hibrida na atomu A i
AO (ovdje 1s orbitale) na atomu B.
sp3
opadanje jačine usmjerenosti hibrida
Veza nastala interakcijom hibrida na
atomu A i hibrida na atomu B.
prekrivanje orbitala
B
A
jezgre atoma A i B
Jačina veze je približno proporcionalna
prekrivanju orbitala!
Stvaranje s kemijske veze
(primjer sa sp-sp vezom)
s * =spa-spb
E
spa
atom
A
spb
atom
B
s =spa+spb
Atom A donira 1 elektron u spa hibrid (sp hibrid na atomu A), a atom B
donira 1 elektron u spb hibrid. Hibridi interagiraju stvarajući veznu s
orbitalu u koju se smještaju oba elektrona (sa suprotnim spinovima).
Na isti način nastaju i drugi tipovi s veze (kombinacije sp-s, sp2-s itd.)
Integrali prekrivanja hibrida
C-H
C-C
S
S
sp-sp
0.88
sp-s
0.76
sp2-sp2
0.78
sp2-s
0.74
sp3-sp3
0.67
sp3-s
0.72
jače prekrivanje  jača veza!
CH4
NH3
usamljeni
elektronski par
H
sp3
jezgra N atoma
N
sp3
H
C
H
H
svi kutovi između sp3 hibrida su
tetraedarski: 109.50
jezgre H atoma
unutrašnji kutovi između sp3 hibrida su
približno tetraedarski: 1070 (radi
elektrostatskog odbijanja elektronskog para to
je nešto manje od tetraedarskog kuta)
C2H6
H
H
H
C
H
C
sp3 hibridi
H
H
Formiranje kemijskih veza kod molekule C2H6. C-C veza nastaje interakcijom
dva sp3 hibrida. Svaka C-H veza nastaje interakcijom jednog sp3 hibrida i 1s AO
na odgovarajućem H atomu!
Dvije CH3 grupe relativno lako rotiraju oko osi određene C-C vezom!
H
H
C3H8
C
H
H
H
C
H
C
Svi hibridi su sp3
hibridi!
Relativno slobodna
rotacija CH3 grupa!
H
H
C2H4
H
sp2
H
hibridi
C
H
C
H
Svaki C atom donira 3 vezna elektrona u sp2 hibride (u svaki hibrid po jedan
elektron). Ti elektroni stvaraji 5 s veza (jedna C-C i četiri C-H s veze). Te s
veze stvaraju krutu planarnu geometriju C2H4 molekule!
Preostaje po 1 vezni elektron za svaki C atom!
Pogled sa strane na molekulu C2H4
p veza
H
H
C
C
H
H
2pz orbitale
z os
Preostala 2 elektrona se nalaze u 2pz orbitalama i tvore p vezu! Ta veza
onemogućava rotaciju CH2 grupa oko C-C osi! (što se tiće s-elektrona, ta
rotacija bi bila moguća!)
radi različitih simetrija s i p elektroni ne interagiraju (točnije – interagiraju vrlo slabo!)
Metoda maksimalnog prekrivanja:
jače prekrivanje  jača veza!
y 1
1 i 2 su spn hibridi gdje
je n varijabilno (ne nužno
cijeli broj!)
f
x
2
Dva ortogonalna hibrida pod kutom f!
1 i 2 su ortonormirani:
12d=0,
11d=1, 22d=1
1=a s+b p1
hibridi istog tipa (iste hibridizacije)
2=a s+b p2
p1  p x cos
linearne kombinacije
px i py orbitala
a2+b2=1
s karakter
hibridizacije!
p 2  p x cos
radi ortogonalnosti s i p orbitala!
cos f
a 
cos f  1
2
 je kut među hibridima!
f
f
 p y sin
2
2
f
2
 p y sin
f
2
s karakter hibrida kao funkcija kuta između hibrida
a2
cos f
a 
cos f  1
0.4
2
.
čiste p
orbitale
0.2
100
120
sp3 hibrid
140
160
180
f
sp hibrid
sp2 hibrid
U metodi maksimalnog prekrivanja se maksimizira ukupno prekrivanje
(približna masimizacija energije svih kemijskih veza). Hibridi više nisu
“čisti” sp, sp2 i sp3 i dobivaju se realniji kutovi!
Pitanja
hibridizacija
•Zašto je potrebna hibridizacija? Kako
objašnjavamo kutove kod molekule
vode, molekule amonijaka itd.?
•Objasnite pomoću hibridizacije
geometriju CH4 (NH3) molekule!
•Kako nastaje hibridizacija? Čime je
ona omogučena?
•Objasnite geometriju C2H6 (C3H8)
molekule!
•Objasnite svojstva sp (sp2, sp3)
hibrida!
•Što je to metoda maksimalnog
prekrivanja?
•Kako ovisi s karakter dva istovjetna
hibrida o kutu između njih?
•Kako ovisi jačina usmjerenosti
hibrida o vrsti hibrida?
•Objasnite geometriju C2H4 molekule!
•Zašto CH3 grupe kod molekule C2H6
relativno slobodno rotiraju oko C-C
veze, a CH2 grupe kod molekule C2H4
ne rotiraju oko C-C veze?
•Koja su svojstva hibridnih orbitala?