Қазақстан республикасы ғылым және білім министрлігі

Қазақ ұлттық қыздар педогогикалық университеті,жаратылыстану институты,химия кафедрасы

СӨЖ

Тақырыбы: Атомдар орбитальдарының гибридтену теориясы

Орындаған: 6B01507-химия мамандығының 1 курс студенті Әлиева А.Д

Алматы,2020

Мазмұны

I. Негізгі бөлім

1.Гибридтену

2. Атомдар орбитальдарының гибридтену теориясы

II. Қорытынды

III.Пайдаланылған әдебиеттер

Метан молекуласының құрылысын түсіндіру күрделілеу.Көміртек төрт валентті, сондықтан ол сутекпен қозған күйде C*(1s² 2s 2p_x 2p_y 2p_z) әсерлеседі. Бірақ бұл шарт жеткіліксіз.Егер осы пікірге сүйенсек,онда төртвалентті көміртек түзу бүрыштар бойынша үш байланыс(p-орбитальдар есебінен) беру керек. Бірақ тәжірибелік мәліметтер, метан молекуласындағы барлық төрт байланыс өзара тең(яғни, молекула симметриялы және тетраэдр пішініне ие) деген қорытындыға қайшы келеді.

Тетраэдрлік құрылысқа сай, көміртек атомы өзара 109⁰28¹ бұрышпен бағытталған төрт тепе-тең орбитальдар арқылы байланыстар түзеді деп ойлауға болады.

Мұндай орбитальдар s- және p-орбитальдардың сызықтық комбинациясы деп саналады.

sp^3-гибридтену сызбасы

Қабысу коэффициенттері (яғни s-және p-күйлердің гибридтік функцияға қатысуы) гибридтік орбитальдардың осьтерін кеңістікте 109⁰28¹ бұрышқа,яғни тетраэдр төбесіне бағытталғандай таңдап алынады, сонда төрт гибридті орбитальдың төрт сутек атомының s-орбитальдарымен қабысуы төрт өзара тең C-H байланыстарының түзілуіне әкеледі.

Байланыстардың бағыты ВБ әдісінде болжамданбаған. Тәжірибеде анықталған метан молекуласының нақты құрылымы бойынша 109⁰28¹ бағытталған төрт тепе-тең орбиталь бар, оларды бес атом орбитальдарының сызықтық комбинациясымен белгілейді[1].

sp³- Типті гибридтену аммиак, су , сутек фториді молекулалары үшін тән, айырмашылығы аммиак молекуласындағы бір орбиталь электрон жұбымен толтырылған; су молекуласында мұндай жұп екеу; ақырында HF молекуласында үш орбиталь бөлінбеген электрон жұптарымен толған.

Осылай BH₃-типті қосылысты қарастыруға болады. BH₃ молекуласы жазық бір атомы орталығында B-H эквивалентті байланыстары арасындағы бұрыш 120⁰-ты құрайды.Бір атомның қозған күйіндегі электрондық құрылымы 1s² 2s 2p_x 2p_y

sp² гибридтену сызбасы, BH3 молекуласының түзілу сызбасы

Үш sp²-гибридтік орбитальдың сутектің үш атомының sp-орбитальдарымен қабысуы жазық симметриялы BH₃ молекуласының түзілуіне сай келеді (шындығында BH₃ молекуласы димерлі және құрамы B₂H₆-ға тең).

Бериллий атомының sp-гибридтік орбитальдарының сутектің екі атомының s-орбитальдарымен қабысуы түзу сызықты BeH₂ молекуласының түзілуіне әкеледі.

Гибридтену қарастырылған жағдайлармен шектелмейді. Гибридтік орбитальдардың басқа түрлері де бар.

Сутектің 4 атомы бір мезгілде метан молекуласындағы көміртек атомына қосылып тетраэдрлік пішін қабылдай алмайды. Демек, гибридті орбитальдардың түзілуінің қандайда бір динамикасы бар. Көміртек атомының негізгі күйінде екі жалқы электроны бар(C 2s² 2p_x 2p_y). Сутектің бірінші атомы шабуылдағанда C атомының шар тәріздес симметриялы электронды бұлты өзгере бастайды. Жалқы p-электрондар есебінен CH₂ метилен молекуласы түзіледі. Көміртегі атомының қалған екі s-электронды жұптасқан ьолуы мүмкін, бірақ олар пішіні бұзылған s-орбитальде орналасады және онда электрон жұбының болуы бос атомдағы сияқты пайдалы емес.

Энергетикалық жағынан s-электрондардың жұбының бұзылып қалған екі орбитальды алғаны тиімді, шарда C-H байланысы электрондардың кулондық тебісуі әсерінен пішіндері бұзылады. Осы кезде CH₂ молекуласы 90⁰-тан үлкенірек валенттік бұрышқа ие болады.(тәжірибелік бұрыш >120⁰)[1].

Сутегі атомдарының одан әрі CH₂ молекуласына қосылып CH₃ жазық бөлшегін түзуі нәтижеде тетраэдрлік CH₄ молекуласын түзуі осыған ұқсас беріледі. Молекула стреохимиясын осындай динамикалық сипаттағанда, мұнда атомдық орбитальдардың қозғаушы күші кулондық әсерлесу болып саналады, атомның алдын-ала қозуы туралы шартты енгізуге болмайды.

Осы уақытқа дейін біз тек байланысы бар, яғни атомдарды қосатын түзу бойынша орбитальдардың қабысуы арқылы түзілетін молекулалар пішінін талқыладық.

Көміртек, азот және оттек атомдарының негізгі ерекшеліктерінің бірі олар басқа элементтерге қарағанда еселі-қос және үштік байланыстарды жиі түзеді.

Этилен молекуласында -байланыстың түзілуі

Ацетилендегі C₂H₂ екі көміртек атомының үш p-орбитальдарының қабысуы үштік байланысты береді: p_x-орбитальдар байланысын, ал p_y және p_x –орбитальдар-екі -байланысын түзеді[2].

Атомдар орбитальдарының гибридтену теориясы

Көптеген элементтердің атомдары хитмиялық байланыстар түзуге өздерінің әр түрлі деңгейшелерінде жатқан электрондарын пайдаланады.Мысалы химиялық байланыстар түзуге қозған күйлерінде бериллий атомы бір s-, бір p-электрондарын, бор атомы бір s-, екі p-электрондарын, көміртегі бір s-, үш p-электрондарын пайдаланады. Осы элементтердің бастапқы орбитальдарының формаларының және ұзындықтарының әр түрлілігіне қарамастан олардьң қатысуымен түзілген химиялық байланыстардың беріктігі бірдей болады. Осыдан келіп бip элементтің әр ,түрлі формалы орбитальдары басқа элементтің орбитальдарымен әрекеттескенде түзілген химиялық байланыстар беріктігі неге бірдей болады деген сұрақ туады. Бұл сұраққа тек элементтер атомдарының гибридтелу теориясы ғана жауап бере алады. Бұл теория бойынша химиялық байланыс түзердің алдында атомның әр түрі орбитальдарының формалары мен энергиялары өзгеріп, саны бастапқы орбитальдардың санына тең формалары және энергиялары бірдей, кеңістікте симметриялы түрде орналасқан жаңа гибридті орбитальдар пайда болады.

Жеке s- немесе р-орбитальдардың қатысуымен тузілген химиялық байланыстарға қараганда гибридті орбитальдардың қатысуымен тузілген химиялық байланыстар мықтырақ болады. Өйткені гибридті орбитальдар басқа орбитальдармен әрекеттескенде көбірек қаптасады.

Енді элементтер атомдарының электрондық орбитальдарының гибридтелуін және сол гибридті орбитальдардың қатысуымен ковалентті химиялық байланыстар түзілу жағдайларын қарастырайық.

Осы гибридті орбитальдардың қатысуымен түзілген химиялық ковалентті байланыстар да бip-бipiнe 180° бұрыш жасай орналасады. Мысалы, бериллий атомының 2sp-гибридті орбитальдары хлордың eкi атомының р-орбитальдарымен әрекеттескенде түзілетін ВеС1₂ молекуласындағы eкi ковалентті байланыстардың беріктігі де бірдей және олар бip-бipiнe 180° бұрыш жасап орналасады, ал молекуланың формасы түзу сызық тәріздес болады.

2sp-гибридті орбитальдардың қатысуымен түзу сызық тәріздес ВеС1₂ молекуласының түзілу схемасы

Сонымен eкінші негізгі топша элементтерінің қатысуымен түзілген eкi ковалентті байланыстар бip-бipiнe 180° бұрыш жасай орналасады да, ал молекулалардың формалары түзу сызык тәріздес болады.

Yшінші негізгі топша элементтері атомдарының қозған күйлерінде бip s-, eкi р-электрондары болады. Соған сәйкес олардың бip s-, eкi р-орбитальдарының гибридтелуінен кеңістікте бip-бipiнe 120° бұрыш жасай орналасқан үш sp²-гибридті орбитальдары түзіледі[4].

3sp²-гибридті орбитальдарының түзілу схемасы

3sp² - гибридті орбитальдарының қатысуымен үшбұрыш тәрізді ВСl₃ молекуласының түзілу схемасы

Сонымен үшінші негізгі топша элементтерінің қатысуымен түзілген химиялық байланыстар бip-бipiнe 120° бұрыш жасай орналасады, ал молекулалардың формалары үшбұрыш тәріздес болады.

Төртінші негізгі топша элементтері атомдарының қозған күйлірінде бip s-, үш р-электрондары болады. Осы электрондардың бip s-, үш р-орбитальдарының гибридтелуінің нәтижесінде кеңістікте бip-бipiнe 109° бұрыш жасай орналасқан және тетраэдрдің төрт бұрышына қарай бағытталған төрт sp³ — гибридті орбитальдар түзіледі. Осындай 4sp³ — гибридті орбитальдарының қатысуымен түзілген төрт ковалентті байланыстардың орналасу бағыты да тетраэдр тәріздес болады. Мысалы көміртегі атомының төрт sp³ — гибридті орбитальдары төрт сутегі атомдарының s - орбитальдарымен әрекеттескенде бip-бipінe тетраэдр тәрізді орналасқан төрт ковалентті байланыс түзіледі, ал молекуланың формасы да тетраэдр тәріздес болады[5].

4sp³-гибридті орбитальдарының түзілу схемасы

4sp³ -гибридті орбитальдардың қатысуымен түзілген тетраэдр тәріздес СН ₄ молекуласы

Сонымен төртінші негізгі топша элементтері атомдарының қатысуымен түзілген молекулалардың формалары тетраэдр тәріздес болады.

Бұл айтылғандардан басқа элементтердің электрондық орбитальдары гибридтелуінің басқа да типтері болады.

Бip s-, үш ,р- бip d-орбитальдардың гибридтелуінен кеңістікте тригональды бипирамиданың төбелеріне орналасқан бес sp³d гибридті орбитальдар түзіледі. Бip s-, үш р-, eкi d-орбитальдарының гибридтелуінен октаэдрдің бұрыштарына бағытталған алты sp³d²-гибридті орбитальдары түзіледі. Бұлардың қатысуымен түзілген молекулалардың формалары да сәйкес тригональды бипирамида және октаэдр тәріздес болады[4].

Бeciнші негізгі топша элемснттерінде химиялық байланыстар түзуге үш дара р-электрондар қатысады да, бip жұп электрон химиялық байланыс түзуге қатыспайды. Бipaқ бұл элементтердің де бip s-, үш р-орбитальдары гибридтеліп кеміртегі атомы сияқты тетраэдр тәрізді 4sр³-гибридті орбитальдар түзеді. Мысалы азот атомындағы тетраэдрдың бір бұрышында (бip гибридті орбитальда) химиялық байланыс түзуге қатыспайтын 2s жұп электрондары орналасқан, ал қалған үш орбитальдарда бip-бірден р-дара элсктрондар болады. Ковалентті байланыс түзуге қатыспайтын 2s-жұп электрондарының гибридтелуге қосатын үлесі азайып, химиялық байланыс түзуге қатысатын гибридті орбитальдардың арасындғы бұрыш 109°-тан 90° дейін кішірейеді. Осы себептен азот атомыныц 3sp -гибридті орбитальдары үш cyтeгi атомының s-орбитальдарымен қаптасуы нәтижесінде түзілген аммиак молекуласындағы ковалентті химиялық байланыстардың арасындағы бұрыш (HNH) 107,3° дейін кішірейеді. Сондықтан аммиак молекуласының формасы тетраэдр тәріздес емес, үшбұрышты пирамида тәріздес болады.

Аммиак молекуласындағы химиялық байланыстар және оның формасы

Сонымен бесінші негізгi топша элементтері формалары үшбұрышты пирамида тәріздес молекулалар түзеді. Пирамиданың төбесінде бесінші негізгі топша элементтері (мысалы, азот), ал онын үшбұрышты табанының бұрыштарында басқа элементтер орналасады.

Алтыншы негізгі топша элементтерінің төрт sp³-гибридті орбитальдарында алты электрондар болады. Мұның eкеуi дара электрондар түрінде eкi sp-гибридті орбитальдарға орналасып химиялық байланыс түзуге қатысады да, ал қалган төрт электрондар eкi жұп болып, басқа eкi орбитальдарда орналасады. Бұл eкi жұп электрондар химиялық байланыс түзуге қатыспайды. Сондықтан алтыншы негізгi топша элементтерінің атомдарының eкi гибридті орбитальдары басқа элементтердің орбитальдарымен қаптасып химиялық байланыс түзгенде, ол байланыстардың арасындағы бұрыш бұрынғыдан да кішірейеді. Мысалы, оттегінің eкi sp-гибридті орбитальдары сутегінің eкi атомының s-орбитальдары мен әрекеттесіп су молекуласын түзгенде, мұндағы химиялық байланыстардың арасындағы бұрыш (НОН) 104,5° тең болады.Сондықтан су молекуласының сол сияқты алтыншы негізгi топша элементтерінің қатысуымен түзілетін молекулалардың формалары бұрыш тәріздес болады[5].

Су молекуласындағы химиялық байланыстар және оның формасы

Түзу сызық тәріздес Cl₂, НСl молекулаларындағы химиялық байланыстар

Қорытынды

Гибридтену — пішіндері әр түрлі, энергиялары шамалас орбитальдардың араласып, пішіні, энергиясы, байланыс бұрышы, т.б. сипаттамалары бірдей гибридтенген жаңа орбитальдар түзілуі.

Гибридтенуге көміртек атомының төрт орбиталі (бір s және үш р) қатысады. Көміртек атомы үш түрлі болып: sp³(эс пе үш),sp²(эс пе екі),sp(эс пе) гибридтенеді.

1. 
   http://kazneb.kz/bookView/view/?brId=1104882&lang=kk
   
2. 
   Бейорганикалық және физколлоидтық химия-156-161 беттер
   

3. 
   Химия негіздері-72-76 беттер
   

4. 
   http://kazneb.kz/site/catalogue/view?br=1104882
   
5. 
   file:///C:/Users/Notebook/Downloads/аханбаев%20химия-1%20(2).pdf