Органична химия


Категория на документа: Химия



или изразено по друг начин при метана ще имаме следните σ-връзки :

При етана /С2Н6 / образуването на връзките става по следния начин :

два припокриващи се свързваща молекулна орбитала на

метилови радикала С-С фрагменти на етана
σ – Връзката между двата въглеродни атома е осъществена чрез припокриване на две sp3 – орбитали :

σ - връзка
При пропана С3Н8 също имаме и двата типа връзки : σ образувана от 1s – 2sp3 и σ образувана от 2sp3 – 2sp3.
Метана, етана и пропана са въглеводороди, съдържащи само sp3- хибридизирани С ат. , които са свързани само със σ – връзки. Различават се помежду си само с една метиленова група /-СН2-/ и образуват хомоложния ред на алканите с обща формула СnH2n+2.
Възможен ли е друг тип хибридизация на въглеродния атом ?
Ако разгледаме молекулата на етена – безцветен, горлив газ с формула C2H4, то ще забележим, че възбуденото състояние на С-ат е малко по-различно :

основно състояние на въглеродния атом sp2 – възбудено състояние на С-ат
Хибридизирането на 2s-орбиталата с две от трите р-орбитали дава три sp2-орбитали и остава една нехибридизирана 2р-орбитала :

възбудено състояние хибридизирано състояние
sp2- Хибридните орбитали по форма са аналогични на sp3-орбиталите, но са разположени в пространството по друг начин :

В този случай хибридните АО се разполагат около ядрото на С-ат. под ъгъл 1200 в една равнина. Перпендикулярна на тази равнина остава р-АО. Хибридизацията от такъв тип се нарича “тригонална” или “равнинна”.
Съществува различие и при припокриването на АО. Sp2- хибридните орбитали се припокриват челно или със s-орбитали или с други sp2- или sp3-орбитали. Свободната р- орбитала обаче се припокрива странично с друга свободна р-орбитала :

Това припокриване на р-орбиталите води до възникването на нов тип връзки, т.наречените π – връзки. Комбинацията от една σ и една π-връзка се нарича двойна връзка между въглеродните атоми и се бележи като С = С.
Хомолозите на етена /алкените/ с обща формула CnH2n могат да съдържат и повече от една двойни връзки или пък комбинации от прости и двойни връзки.
Възможен е и друг вид хибридизация на АО, което дава ново валентно състояние на С-ат. Това е т.нар. sp-хибридно състояние или sp-хибридизация :

основно състояние sp-хибридно състояние
Пространственото разположение на АО около ядрото е следното :

Чрез челното припокриване на sp-орбитали със s-, sp3-, sp2- или други sp-орбитали се образуват прости σ-връзки, а чрез страничното припокриване на свободните р-орбитали се образуват две нови π-връзки. Комбинацията от проста σ-връзка и две π-връзки се нарича тройна връзка между два атома. Двойните и тройни връзки между атомите се наричат сложни връзки. Те могат да възникват не само между въглеродните атоми , но и между въглеродния атом и други атоми, способни да съществуват с частично запълнени р-орбитали и sp2- или sp-орбитали. Например с атомите на кислорода, който в основно състояние съдържа следните АО 1s22s22p4 или с атомите на азота с АО 1s22s22p3.
Обобщение от концепцията за хибридизация
Рано или късно ще срещнем такава практическа задача : как по структурната формула да определим състоянието на хибридизирания атом в молекулата на дадено съединение ? Това, което е нужно да направим е да преброим “групите” или “групировките”, свързани с интересуващия ни атом /под”групи” разбираме атоми или свободни електронни двойки/. Правилото гласи : четири групи или атоми около интересуващия ни атом съответстват на хибридизация sp3, три – на хибридизация sp2 и две на хибридизация sp. Например :

Свойства на връзките и някои изводи
Локализираните химични връзки, т.е. връзките само между два атома имащи еднакви или различни състояния на хибридизация могат да се охарактеризират със следните физични величини :
Дължина на връзката. В общия случай при увеличаване броя на връзките между два атома тяхната дължина намалява. Напр.дължината на връзката С – С е 1.54 Е, връзката
С = С има дължина 1.34 Е, а тройната връзка е дълга 1.20 Е. Същото важи и за дължините на връзките между С и N и между С и О.
Полярност на връзките. Ако два еднакви атома са свързани с ковалентна връзка, то електронната плътност ще бъде разпределена между двата атома равномерно.А в случай, когато атомите имат различна електроотрицателност, свързващата двойка електрони ще бъде по-близо до по-електроотрицателния атом, увеличавайки полярността на ковалентната връзка. Прието е полярността да отбелязваме със символите δ- и δ+.Степента на разделение на зарядите в молекулата може да бъде определена чрез измерване на диполния момент на връзката . Диполният момент съответства на величината на заряда, умножен по разстоянието на което се намират двата заряда :

μ = e.l
където е – абсолютната стойност на заряда в ел.стат.единици, l – дължината в см ; за удобство диполния момент се дава в единици дебай / 1D/.
Диполният момент на една молекула с повече връзки може да се разглежда като векторна сума на диполните моменти на всички нейни връзки и функционални групи, вкл. и свободните електронни двойки при отделните атоми Колкото по-голям е диполния момент в една молекула, толкова по-силна е поляризацията на връзките в тази молекула.
Енергия на връзките..
Процесът, в резултат на който се разкъсва ковалентната връзка и всеки от фрагментите запазва по един електрон, се нарича хомолитично разкъсване. Енергията, необходима за хомолитичното разкъсване на отделната връзка и образуването на два неутрални атома, се нарича енергия на дисоциация на връзката. Често е невъзможно да се определи енергията, необходима за разкъсването на отделна връзка и вместо това се използва средна величина, наричана енергия на връзката. Напр.разкъсването на различните С-Н връзки в метана от СН4 до :С: и Н. Средната стойност от енергии е ЕС-Н ≈ 410.5 кДж/мол.
Енергиите на връзките между различни атоми зависят от електроотрицателността на тези атоми, съотв.от полярността на връзките. В еднотипни молекули, напр.С-Х, енергията на връзката нараства с увеличаването на разликата в електроотрицателностите на свързаните атоми.
Когато говорич за електроотрицателност, трябва да отбележим, че дори при връзките между два еднакви елемента s-орбиталите са по-електроотрицателни от р-орбиталите, т.е. колкото по-голям е s-характера на орбиталите, толкова те са по-електроотрицателни :

s > sp > sp2 > sp3 > p



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Органична химия 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.