химический каталог




Современная органическая химия. Том 1

Автор А.Л.Терней

между парами:

180°

минимальное отталкивание между

линейное двумя парами внешних электронов

расположение

ЕСЛИ на валентной оболочке атома имеются три пары электронов, их отталкивание может быть уменьшено до минимума при расположении пар в плоскости под углом 120° между ними:

120°

wyK,jb'Jh' минимальное отталкивание между

тремя парами внешних электронов

плоское расположение

Наибольшее удаление друг от друга четырех пар электронов валентной оболочки достигается, если каждая из пар направлена к вершине тетраэдра. В этом случае углы между парами составляют ~ 109,5°.

|*Л09,5°

У \-Рассмотренные выше общие принципы можно детализировать, если учесть различия между электронными парами валентной оболочки, участвующими и ле участвующими в образовании связей. (Последние называются «неподелениыми» или «песвязывающими» парами электронов.) Мы можем предположить, что «претензии на пространство» больше у неподелешшх пар (нп), чем у связывающих пар (сп), т. е. пар, за счет которых образована связь. Это предположение вполне оправданно, так как неподеленпые пары контролируются зарядом ядра одного атома, а связывающие пары — зарядом ядер двух атомов.

z(TT)x

„епойеленная ^зьтвк^ая

пара "

Поэтому можно ожидать, что отталкивание между парами электронов будет уменьшаться в такой последовательности: нп/нл ^> нп/сп > сп/сп. Мы можем использовать эти простые принципы для предсказания геометрии многих молекул. Рассмотрим, например, метан, у которого при углероде находятся четыре связывающие пары электронов. Чтобы свести до минимума отталкивание между этими четырьмя электронными парами, нужно направить их к вершинам тетраэдра, в центре которого будет находиться углерод. Поскольку водороды метана удерживаются этими электронными парами, мы

приходим к заключению: молекула метана должна представлять собой •тетраэдр.

угол Н-С-Н 109,5? Только четыре линии от С к н являются связями, остальные линии образуют тетраэор

Как известно, именно таково пространственное строение молекулы метана.

Аммиак .'NH3 подобен метану. Однако центральный атом этой молекулы окружен тремя связывающими парами и одной неподеленной парой электронов. Согласно теории отталкивания электронных пар валентной оболочки, отталкивание между неподеленной парой и любой из связывающих пар больше, чем отталкивание между двумя любыми связывающими парами.

связывающие пары

аммиак

Поскольку в молекуле аммиака при азоте находятся четыре электронные пары, можно ожидать, что геометрия азота в этой молекуле будет тетра-эдрической. Однако его геометрия уже не будет соответствовать правильному тетраэдру из-за различной степени отталкивания электронных пар. Действительно, угол Н—N—Н в аммиаке только 107°, т. е. несколько меньше угла 109,5°, найденного в метане. Это означает, что угол между неподеленной парой и любой из связывающих пар немного больше 109,5°, как и предсказывает теория отталкивания электронных пар валентной оболочки.

большее *|'*"~^ отталкивание

N »••'•••? Н / \ J меньшее

Н отталкивание

(107°)

Все атомные орбитали, рассмотренные выше, были либо ненаправленными (например, s-орбитали), либо направленными друг к другу под углом | 90° (например, р-орбитали). Однако для того, чтобы объяснить геометрию, например, метана, мы должны были допустить наличие электронов на орби-талях, расположенных под углами 109,5° друг к другу! Это значение угла между орбиталями можно объяснить, используя другое понятие — гибридизацию.

2.8. ГИБРИДИЗАЦИЯ

ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ПРОСТЕЙШЕЕ СОЕДИНЕНИЕ, СОСТОЯЩЕЕ ТОЛЬКО ИЗ УГЛЕРОДА И ВОДОРОДА? Электронная конфигурация основного состояния атома углерода ls22s22p2. Следовательно, можно представить, что добавление двух электронов (от двух водородных атомов) к частично занятым 2р-орбиталям должно дать соединение СН2. Последнее образуется вследствие перекрывания ls-орбитали каждого водорода с 2р-орбиталью углерода. Поскольку р-орбитали разделены углами 90° (рис. 1-4), мы можем предположить, что угол Н—С—Н в образующейся частице будет 90°.

it J_ _L

it ±L 2,. " 17 2s

•С- + 2Н »н—с—н гипотетическое образование „ СНа*'

ip 2p

II H

U I1 li

U — 2p 2p

b

— электронная конфигурация основного 2р состояния изолированного атома иглероЬа

предполагаемая электронная конфигурация простейшего стабильного соединения, ^~ содержащего только углерод и вооороо

После ЭТОГО достаточно ЛОГИЧНОГО ответа обнаруживается, к нашему удивлению, что а) СН2 был хорошо охарактеризован около десяти лет назад, б) существуют два соединения, имеющие формулу СН3, в) оба соединения чрезвычайно реакционноснособны и г) ни одно из этих соединений не имеет валентного угла, равного 90°.

Учитывая эти данные, мы должны признать, что наше предположение вряд ли справедливо. Кроме того, наш СНа является электронодефицитной частицей, имеющей только шесть внешних электронов, а не восемь, обычно связываемых с наличием стабильной электронной оболочки (так называемой «конфигурацией благородного газа»). Очевидно, для объяснения молекулярной формулы простейшего стабильного углеводорода СН4, соединения, состоящего только из С и Н, необходима некая новая концепция. Эта концепция должна также объяснять эквивалентность С—Н-связей в СН4.

МЕТАН (СН4), гибридизация и теория отталкивания электронных пар валентной оболочки. Для того чтобы воссоздать картину атома углерода, удерживающего при себе четыре группы, необходимо обратиться к его возбужденному электронному состоянию. Возбужденное состояние атома включает.образование четырех новых внешних орбиталей путем «гибридизации» 2«-орбитали и всех трех 2р-орбиталей. (Квантовая механика постулирует,',что мы должны создавать столько же новых орбиталей, сколько вступает в гибридизацию.) Четыре гибридные орбитали обладают одинаковой энергией, и каждая из них обозначается 2 sp3 (2 означает главное квантовое число, a sp3 указывает на то, что орбиталь является гибридной и состоит на одну четверть из s-орбитали, а на три четверти из р-орбиталей).

П — 2р 2р 2р Is

основное углерод

состояние

Т т т т

Tl 2sp3 2sp3 2sp3 2spa Is

spb- возбужденное состояние

4-0923

Главные оси четырех гибридных орбиталей направлены вдоль линий, которые при пересечении их на одинаковом расстоянии от ядра будут образовывать тетраэдр. (Угол между любыми двумя из них равен 109,5°.) В связи с этим «р3-гибридизованный атом углерода называют еще «тетраэдрпческим атомом углерода».

тетраэдр

Какие преимущества дает подобная гибридизация? Во-первых, гибридные орбитали за счет концентрирования волновой функции в направлении связи обладают лучшими характеристиками перекрывания. В отличие от негибридизованных s- или р-орбиталей $р3-орбиталь имеет одну большую долю («передняя» доля), которая хорошо образует связи, и малую долю («задняя» доля), которую обычно даже не рисуют, хотя она и играет роль в некоторых реакциях. «р3-Орбиталь пока

страница 15
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171

Скачать книгу "Современная органическая химия. Том 1" (20.8Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
утепленные спортивные костюмы в рязани купить
бетонные скамейки
Купить коттедж на Ленинградском шоссе в Фирсановке
где купить знак тихоходное транспортное средство спб

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(19.11.2017)